【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學(xué)叢書編委會(huì)”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書是大半個(gè)世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來(lái)自學(xué)。不過(guò)這套叢書卻很適合像我這樣已接受過(guò)基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的注解。

【山話嵓語(yǔ)】『數(shù)理化自學(xué)叢書』其實(shí)還有新版，即80年代的改開(kāi)版，改開(kāi)版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過(guò)我依然選擇6677版，首先是因?yàn)?677版保留了很多古早知識(shí)，讓我終于搞明白了和老工程師交流時(shí)遇到的奇特專業(yè)術(shù)語(yǔ)和計(jì)算模式的來(lái)由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)極小，即使出版社再版也只會(huì)再版80年代改開(kāi)版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯(cuò)的自學(xué)教材，不該被埋沒(méi)在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時(shí)間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』上傳成文字版。?

第七章光的量子性

【山話||? 本系列專欄中的力單位達(dá)因等于10??牛頓；功的單位爾格等于10??焦耳；熱量的單位卡路里等于4.186焦耳；電荷的單位靜庫(kù)（1庫(kù)倫=3×10?靜庫(kù)）；電勢(shì)的單位靜伏等于300伏特。另外這套老教材中力的單位常用公斤、克等，但如今是不允許的，力是不能使用質(zhì)量單位的?！?

§7-5光的波粒二象性

【01】光的干涉、衍射和色散等現(xiàn)象，可以用光的波動(dòng)說(shuō)來(lái)解釋，它們說(shuō)明光具有波動(dòng)性；而光電效應(yīng)和它的規(guī)律等，又要用光子說(shuō)才能解釋，這說(shuō)明光又具有微粒性，而不是連續(xù)不斷的波，光的這兩種性質(zhì)是不是互相矛盾的呢？

【02】從前面所討論的許多光現(xiàn)象中可以看出，光的性質(zhì)是比較復(fù)雜的，甚至有些地方很難用與我們?nèi)粘Ｉ罱?jīng)驗(yàn)相符合的圖象來(lái)描述它。在不同的具體條件下，它顯示出不同的特性，在一些情況下，它向我們顯示出波動(dòng)性，在另一些情況下，它又向我們顯示出粒子（量子）性。好象一個(gè)物體，有時(shí)候它讓這一面向著我們，有時(shí)候又讓另一面向著我們。這原也沒(méi)有什么不可理解的地方，問(wèn)題在于，它所表現(xiàn)出來(lái)的這兩重性質(zhì)，按習(xí)慣的看法，似乎是互相矛盾的。根據(jù)近代物理學(xué)的研究知道：凡是比分子小的物質(zhì)微粒（象電子、中子等微觀粒子），都具有明顯的粒子性和波動(dòng)性（稱做波粒二象性），這種二重性質(zhì)并不是光子所獨(dú)有的，而是物質(zhì)的共同屬性。在愛(ài)因斯坦用光子來(lái)解釋光電效應(yīng)的時(shí)候，已經(jīng)初步引用了這種統(tǒng)一的觀念。公式表明光量子的能量是光頻率的函數(shù)，而“頻率”是描寫波動(dòng)過(guò)程的概念，乍看起來(lái)，不也是矛盾的嗎？但是這一理論卻能很好的解釋包括光電效應(yīng)在內(nèi)的一些光現(xiàn)象。

【03】表明波動(dòng)性和粒子性是物質(zhì)共同屬性的一個(gè)有力的佐證是：一般被看成是物質(zhì)微粒的電子，實(shí)驗(yàn)證明它也能夠發(fā)生衍射現(xiàn)象，表現(xiàn)出波動(dòng)性質(zhì)。下面就簡(jiǎn)單地介紹一下電子衍射的實(shí)驗(yàn)。圖7·10中 K 是連接在電源上的燈絲；A?、A? 是開(kāi)有小孔的金屬板；A? 和電池的正極相連，以保持 A? 和 K 之間有一定的電勢(shì)差；P 是照相底片。從燈絲飛出的熱電子，在電場(chǎng)的作用下，向著 A? 作加速運(yùn)動(dòng)，形成電子的定向流動(dòng)，但由于受到金屬板 A?、A? 上小孔的限制，射到銅膜上的電子射束就很狹，當(dāng)電子穿過(guò)銅膜的晶格（結(jié)晶點(diǎn)陣）的時(shí)候，果然就發(fā)生了衍射現(xiàn)象，在照相底片上形成了如圖7·11所示的衍射花樣。這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明：電子這種微粒，也具有波動(dòng)的性質(zhì)。

【04】根據(jù)近代物理學(xué)的研究知道：波粒二象性是物質(zhì)共同的屬性，物質(zhì)的波長(zhǎng)可以用下列公式來(lái)表示? 。m 是物質(zhì)的質(zhì)量，v 是它的速度，h 是普朗克常數(shù)（h＝6.62×10?2? 爾格·秒）。對(duì)于靜止（v＝0）的物體來(lái)說(shuō)，討論它的波長(zhǎng)是沒(méi)有意義的，（mv＝0時(shí)，上式?jīng)]有意義）即這時(shí)它不表現(xiàn)出波動(dòng)性；對(duì)于作機(jī)械運(yùn)動(dòng)的物體，我們可以計(jì)算出它的波長(zhǎng)。

【05】設(shè)物體的質(zhì)量 m＝1毫克，速度 v＝1厘米/秒，它的波長(zhǎng)是厘米。

【06】我們知道，一個(gè)原子核的直徑約在 10?13 ~ 10?12 厘米左右。而這個(gè)小物體的波長(zhǎng)，就是跟原子核相比，也是小得幾乎近于零的，那么對(duì)于更大一些的物體來(lái)講（mv也越大），它的波長(zhǎng)就更小得沒(méi)有意義了。

【07】至于微觀粒子的情況就完全不同了，例如一個(gè)電子，它的質(zhì)量只有 9.1×10?2? 克，當(dāng)速度不太大的時(shí)候，它的波長(zhǎng)跟倫琴射線的波長(zhǎng)相近，約在幾個(gè)埃左右，這時(shí)就能明顯地顯示出它的波動(dòng)性來(lái)，例如電子的衍射現(xiàn)象就是。

【08】這樣，我們從一切微觀粒子都有波粒二象性的觀點(diǎn)出發(fā)，初步地把光的這兩重互相矛盾的性質(zhì)統(tǒng)一起來(lái)。關(guān)于光的本性的學(xué)說(shuō)，現(xiàn)在還處在發(fā)展的過(guò)程中，更為完善的、能夠解釋一切光現(xiàn)象的統(tǒng)一學(xué)說(shuō)，還有待于進(jìn)一步的研究和建立。