【种花家务·物理】4-7-05光的波粒二象性『数理化自学丛书6677版』
【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的注解。
【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。
第七章光的量子性
【山话|| 本系列专栏中的力单位达因等于10⁻⁵牛顿；功的单位尔格等于10⁻⁷焦耳；热量的单位卡路里等于4.186焦耳；电荷的单位静库（1库伦=3×10⁹静库）；电势的单位静伏等于300伏特。另外这套老教材中力的单位常用公斤、克等，但如今是不允许的，力是不能使用质量单位的。】
§7-5光的波粒二象性
【01】光的干涉、衍射和色散等现象，可以用光的波动说来解释，它们说明光具有波动性；而光电效应和它的规律等，又要用光子说才能解释，这说明光又具有微粒性，而不是连续不断的波，光的这两种性质是不是互相矛盾的呢？
【02】从前面所讨论的许多光现象中可以看出，光的性质是比较复杂的，甚至有些地方很难用与我们日常生活经验相符合的图象来描述它。在不同的具体条件下，它显示出不同的特性，在一些情况下，它向我们显示出波动性，在另一些情况下，它又向我们显示出粒子（量子）性。好象一个物体，有时候它让这一面向着我们，有时候又让另一面向着我们。这原也没有什么不可理解的地方，问题在于，它所表现出来的这两重性质，按习惯的看法，似乎是互相矛盾的。根据近代物理学的研究知道：凡是比分子小的物质微粒（象电子、中子等微观粒子），都具有明显的粒子性和波动性（称做波粒二象性），这种二重性质并不是光子所独有的，而是物质的共同属性。在爱因斯坦用光子来解释光电效应的时候，已经初步引用了这种统一的观念。公式表明光量子的能量是光频率的函数，而“频率”是描写波动过程的概念，乍看起来，不也是矛盾的吗？但是这一理论却能很好的解释包括光电效应在内的一些光现象。
【03】表明波动性和粒子性是物质共同属性的一个有力的佐证是：一般被看成是物质微粒的电子，实验证明它也能够发生衍射现象，表现出波动性质。下面就简单地介绍一下电子衍射的实验。图7·10中 K 是连接在电源上的灯丝；A₁、A₂ 是开有小孔的金属板；A₁ 和电池的正极相连，以保持 A₁ 和 K 之间有一定的电势差；P 是照相底片。从灯丝飞出的热电子，在电场的作用下，向着 A₁ 作加速运动，形成电子的定向流动，但由于受到金属板 A₁、A₂ 上小孔的限制，射到铜膜上的电子射束就很狭，当电子穿过铜膜的晶格（结晶点阵）的时候，果然就发生了衍射现象，在照相底片上形成了如图7·11所示的衍射花样。这个实验结果说明：电子这种微粒，也具有波动的性质。
【04】根据近代物理学的研究知道：波粒二象性是物质共同的属性，物质的波长可以用下列公式来表示 。m 是物质的质量，v 是它的速度，h 是普朗克常数（h＝6.62×10⁻²⁷ 尔格·秒）。对于静止（v＝0）的物体来说，讨论它的波长是没有意义的，（mv＝0时，上式没有意义）即这时它不表现出波动性；对于作机械运动的物体，我们可以计算出它的波长。
【05】设物体的质量 m＝1毫克，速度 v＝1厘米/秒，它的波长是厘米。
【06】我们知道，一个原子核的直径约在 10⁻¹³ ~ 10⁻¹² 厘米左右。而这个小物体的波长，就是跟原子核相比，也是小得几乎近于零的，那么对于更大一些的物体来讲（mv也越大），它的波长就更小得没有意义了。
【07】至于微观粒子的情况就完全不同了，例如一个电子，它的质量只有 9.1×10⁻²⁸ 克，当速度不太大的时候，它的波长跟伦琴射线的波长相近，约在几个埃左右，这时就能明显地显示出它的波动性来，例如电子的衍射现象就是。
【08】这样，我们从一切微观粒子都有波粒二象性的观点出发，初步地把光的这两重互相矛盾的性质统一起来。关于光的本性的学说，现在还处在发展的过程中，更为完善的、能够解释一切光现象的统一学说，还有待于进一步的研究和建立。
