摘要：对于每个人而言，光这个名词并不会陌生，它能给予万物温暖和光明。但光究竟是什么？人类对它的认识又有怎样的争论与改变？它又与量子力学有着怎样的关系？
关键词：波粒二象性量子论历程作用
光是一种特殊的物质，它是肉眼能看见的一种电磁波。光子作为基本粒子组成了具有粒子性和波动性的光，这两种特性被称为波粒二象性，也称作波粒二重性。波粒二象性是量子力学中的重要概念之一，指的是一切物质同时具备波和粒子的特质。而波正是经典力学两大研究对象之一，光是它最典型的例子。
波粒二象性之所以会被大家所认可，这与如下三位科学家的功劳是分不开的。首先是克里斯蒂安·惠更斯，他提出了较为完整的光的波动理论；尔后，牛顿完善了它的作品《光学》，在此提出了他的微粒学观点，并提出理由反驳惠更斯，慢慢的，惠更斯的波动理论淡出人们的视野，牛顿的观点在相当长的一段时间内未曾动摇。在此之前、在此之间、再次以后，不乏有人做着各种实验拥护各自的理念，但直到爱因斯坦的出现，提出了对于时间的平均值，光表现为波动；对于时间的瞬间值，光表现为粒子性。[1]他将两种纷争多年的理论合二为一，提出了学术界广泛接受的波粒二象性。
当然，获得这样的成就必然与他们三个的努力密切相关，但在这漫漫三百年间，有一些人，可以说，没有他们的存在，也许便不会有波粒二象性的存在，或者说，不会在二十世纪初期就存在。
很早以前，光的本质就已成为人们探究的焦点。起初，人们倾向于说光是粒子流，但由于它无法解释两束光撞在一起却无法弹开这一现象，逐渐的，“微粒说遭到质疑，取而代之的是“波动说”，这是意大利的数学教授格里马第在实验中发现，光束投影有明暗条纹，提出光类似水波，也就是波动说的萌芽。后来，到了十七世纪，胡克重新做了类似实验，他观察到光在肥皂泡里映射出的色彩以及透过云母后产生的光辉，他做出这样一个判断——即光是某种快速的脉冲。1665年，胡克在《显微术》里表面支持波动学说；1690年，惠更斯的《光论》更将这一观点推向顶峰。尔后牛顿出场，并在1704年《光学》中发表了自己的实验依据，反驳了波动学。因其较高的名望，近一百年内，几乎无人质疑牛顿的观点，直至1801年起，托马斯杨的论文才又引起人们的关注与猜测。再过50年后，麦克斯韦发表了三篇论文预言光是电磁波的一种，而在1887年，赫兹便将这个预言验证出来。在实验中，赫兹还发现，电磁波确实存在，且它的速度与光速相同！十九世纪末到二十世纪初的这几年，勒纳德进行了系统的研究，并将实验所得现象称为“光电效应”，还得出一条基本规律：电子的最大速度与光强无关。而真正的定数是1905年，爱因斯坦引进光量子的概念，又解释了光电效应，终而使光的微粒性和波动性合为一体；另一方面，爱因斯坦将他所提出的相对论和麦克斯韦的电磁学理论结合于一身，进一步开启了人们了解未知科学的的大门。
在这之后，丹麦物理学家波尔根据已有的量子概念，进而提出了原子定态、量子跃迁等概念，推动了量子力学的形成。1916年，美国的密立根发表了他所进行的光电效应的实验结果，再一次论证了爱因斯坦的光量子说。几年后，美国物理学家康普顿在实验中得出了以他名字命名的“康普顿效应”，完善了经典的波动理论，也进一步证实了爱因斯坦光子理论，揭示了光的二象性。后来，德布罗意将波粒二象性推广到物质客体中，又提出了物质波的假说，使量子论的发展上升一个台阶。物质波虽是德布罗意提出来的，但这个名字却是后来研究它的学者薛定谔在研究过程中如此称呼的。薛定谔于1926年提出了薛定谔方程，给出了波动力学这一概念，后经其他物理学家的归纳，将矩阵力学和波动力学统称为量子力学。而量子论则是量子力学中的一个重要的更为形象的理论。而在1900年时，普朗克总结出一个经验公式，从中得出了h 这一常量，被称为普朗克常量。后来普朗克又提出了一个假说，成为了量子力学诞生的标志，那就是：假定电磁场和物质交换能量是以简短的形式实现，能量子的大小同辐射频率成正比，其比例为常数h 。
量子论作为现代物理学的两大基石之一，从多个角度揭示了微观世界的规律，很好的解释了原子光谱的规律性、光的吸收与辐射等。它是形成于在很多科学家的实验和大胆的猜想中的。
下面给大家介绍一下，波粒二象性以及量子论在日常生活中的应用。运用量子理论可以解释原子是如何发展成分子的，这样的过程也是形成诸多对称性晶体结构如金属宝石的重要原因。此外，还可以解释很多生活中的小疑问，如：银是电和热的良导体但不透光，而金刚石不是良导体却透光？它还能解释半导体的原理，为晶体管的出现做好了铺垫。此外，在科技方面，它的作用也同样不可小觑，使用这样的原理制造出的激光器，减少了很多通訊中所需的中继器。而芯片的制作也少不了它的身影，利用它制成的芯片容量可达到当时芯片容量的1.5万倍；运用量子约束，人们便可以制造小而高效的激光器用在光盘播放机中，还能让电子通过少量的能量产生较多的激光。
总结：
众所周知，光的波粒二象性是量子力学的重要组成部分之一，是对光的本质的探究环节之一。简易的说，光的波粒二象性就是指光既具有波动性，能够像波浪一样的向前传播，此外，还具有粒子的特征。本文着重介绍了其特点及其发展历程，同时也用了一些篇幅来介绍它与量子论的关系，以及二者联系起来在现实生活中的应用。
大学学习中涉及到的知识比较繁琐，这篇论文算是我对于光学这一部分的认识与总结，是一次知识的梳理过程，也进一步加深了我对于知识的掌握，夯实了基础知识。此外，科学的探究式需要不断创新的精神和敢于挑战得勇气，不怕面对失败，我们还应该加强自己的动手实践能力，加深我们的理解和记忆。
参考文献：
[1]出自论文《关于光的产生和转化的一个推测性观点》，发表于1905年3月德国的《物理年报》，作者爱因斯坦。
作者简介：朱涵（1991.07.24），女， 辽宁省新金县，沈阳师范大学物理科学与技术学院，物理学专业。