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光的波粒二象性:探索光的物理本质

时间:2023-06-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:光既有波动性又具有粒子性,这种性质称为光的波粒二象性。光的动能E和光的动量p的表达式,已明显地揭示了光的波粒二象性及其定量联系,式中左端物理量是粒子参量,右端是波参量。2)量子光学理论只是非相对论性理论,而真正的相对论性量子光学理论尚未建立。这在深入研究微观高速或超高速运动粒子的量子光学性质时,就表现出明显的局限性。人们认为,量子光学正处在更大的辉煌发展前夕的一个重要的十字路口。

光的波粒二象性:探索光的物理本质

普朗克量子假设中,只假定谐振子辐射光能是一份一份的,而被发射的光能仍以电磁波的形式连续分布于整个空间。在爱因斯坦光电效应的解释中,则进一步认为,光就是由光子的粒子所组成,故光能并非在空间连续分布,而是以离散的形式集中存在于其载体光子上。但光子与实物粒子并不完全相同:实物粒子具有静质量,而光子没有静质量;实物粒子的速度可以取小于光速c的任意值,而光子的速度只能为c;光子与其他微观粒子与宏观实物的最大区别,是后者的运动可以用确定的轨道来描述,而光子不能。光的物理量见表2-11。

表2-11光的物理量

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注:ν为光的频率;λ为光的波长;N为光场中的光子数密度,其数值等于单位体积中的光子数。

光既有波动性又具有粒子性,这种性质称为光的波粒二象性。光的动能E和光的动量p的表达式,已明显地揭示了光的波粒二象性及其定量联系,式中左端物理量是粒子参量,右端是波参量。(www.xing528.com)

尽管量子光学领域已取得了一系列重大进展和辉煌成就,但就量子光学理论本身的结构来看有以下三个不完善:

1)迄今为止,人们只对平面波场成功地进行了量子化的研究工作,而对于球面波场、柱面波场和高斯激光束等非平面波场的量子化问题却一直无能为力。

2)量子光学理论只是非相对论性理论,而真正的相对论性量子光学理论尚未建立。这在深入研究微观高速或超高速运动粒子的量子光学性质时,就表现出明显的局限性。

3)对光子的自身相互作用及光子的结构的研究还很不够,至今未能产生并形成行之有效的研究方法和研究手段等。人们认为,量子光学正处在更大的辉煌发展前夕的一个重要的十字路口。它曾经取得过一系列重大进展和一些辉煌成就,但在21世纪,量子光学领域的成绩和成就将会更加炫丽多彩,特别是有关光子结构问题的研究,将把量子光学领域的科学研究工作推向顶峰。

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