光有波動性，是什么造成光的波動性！

【專家解說】：德國科學(xué)家愛因斯坦（Albert Einstein，1879-1955）堅信宇宙中一切物理現(xiàn)象的背后都蘊藏著完整的統(tǒng)一性，因此，麥克斯韋的電磁學(xué)理論必須要與經(jīng)典力學(xué)統(tǒng)一起來。愛因斯坦為了解決這一矛盾，做出了一個假設(shè)：假設(shè)有個人能夠達到光的速度，與光并肩齊行，那么他就會發(fā)現(xiàn)靜止的光。但是，根據(jù)麥克斯韋的電磁學(xué)原理，振動的電磁波是不可能觀測到的，而且波也不可能處于靜止?fàn)顟B(tài)，也就是說，宇宙中不可能存在光在靜止?fàn)顟B(tài)的參照系，對于任何一個參照系來說，都只有屬于這個參照系的時間與空間。因此，愛因斯坦確信，光在所有參照系中速度必然相同。根據(jù)這一物理法則，愛因斯坦進行了多年的探索和研究，1905年創(chuàng)立了狹義相對論，揭示了時間和空間的本質(zhì)聯(lián)系，引起了物理學(xué)基本概念的重大變革，開創(chuàng)了物理學(xué)的新世紀(jì)；提出了光量子論，解釋了光電現(xiàn)象，揭示了微觀客體的波粒二重性，用分子運動論解決布朗運動問題；發(fā)現(xiàn)了質(zhì)能之間的相當(dāng)性，在理論上為原子能的釋放和應(yīng)用開辟道路。愛因斯坦的相對論與麥克斯韋的電磁學(xué)理論完美地結(jié)合在一起，從而推動了物理學(xué)上的一次意義深遠的重大革命。 1913年,丹麥物理學(xué)家玻爾（Niels Henrik David Bohr，1885～1962）以《論原子構(gòu)造和分子構(gòu)造》為題發(fā)表了長篇論文,為20世紀(jì)原子物理學(xué)開辟了道路。他采用了當(dāng)時已有的量子概念,提出了幾條基本的“公設(shè)”,提出了至今仍很重要的原子定態(tài)、量子躍遷等概念，有力地沖擊了經(jīng)典理論,推動了量子力學(xué)的形成。玻爾認(rèn)為,按照經(jīng)典理論來描述的周期性體系的運動和該體系的實際量子運動之間存在著一定的對應(yīng)關(guān)系，這一對應(yīng)原理成為從經(jīng)典理論通向量子理論的橋梁。玻爾對各種元素的光譜和X射線譜、光譜線的(正常)塞曼效應(yīng)和斯塔克效應(yīng)、原子中電子的分組和元素周期表,甚至還有分子的形成,都提出了相對合理的理論詮釋。 1916年美國物理學(xué)家羅伯特·密立根(Robert Andrews kan,1868～1953)發(fā)表了光電效應(yīng)實驗結(jié)果，驗證了愛因斯坦的光量子說。 美國物理學(xué)家康普頓（Arthur Holly Compton，1892～1962）1921年在實驗中證明了X射線的粒子性。1923年他發(fā)表了X射線被電子散射所引起的頻率變小現(xiàn)象，即康普頓效應(yīng)，這是近代物理學(xué)的一大發(fā)現(xiàn)。按經(jīng)典波動理論，靜止物體對波的散射不會改變頻率。而按愛因斯坦光量子說這是兩個“粒子”碰撞的結(jié)果。光量子在碰撞時不僅將能量傳遞而且也將動量傳遞給了電子，它進一步證實了愛因斯坦的光子理論，揭示出光的二象性。 1924年，奧地利物理學(xué)家泡利(Wolfgang Ernst Pauli，1900～1958)發(fā)表了“不相容原理”：原子中不可能有兩個或兩個以上的電子處于同一量子態(tài)．這一原理使當(dāng)時許多有關(guān)原子結(jié)構(gòu)的問題得以圓滿解決，對所有實體物質(zhì)的基本粒子（通常稱之為費米子，如質(zhì)子、中子、夸克等）都適用，構(gòu)成了量子統(tǒng)計力學(xué)——費米統(tǒng)計的基點。 法國物理學(xué)家德布羅意(Louis Victor due de Broglie, 1892-1987)由光的波動和粒子兩重性得到啟發(fā)，他大膽地把這兩重性推廣到物質(zhì)客體上去。他在1923年9～10月間，連續(xù)發(fā)表三篇短文：《輻射——波和量子》、《光學(xué)——光量子、衍射和干涉》、《物理學(xué)——量子、氣體動理論及費馬原理》。1924年，在他的博士論文《量子論研究》中，他全面論述了物質(zhì)波理論，這一理論以后為薛定愕接受而導(dǎo)致了波動力學(xué)的建立。德布羅意把愛因斯坦關(guān)于光的波粒二象性的思想加以擴展。他認(rèn)為實物粒子如電子也具有物質(zhì)周期過程的頻率，伴隨物體的運動也有由相位來定義的相波即德布羅意波，后來薛定愕解釋波函數(shù)的物理意義時稱為“物質(zhì)波”。德布羅意在并無實驗證據(jù)的條件下提出的新理論在物理學(xué)界掀起了軒然大波。 1925年，德國物理學(xué)家海森伯（Werner Karl Heisenberg，1901～1976）鑒于玻爾原子模型所存在的問題，拋棄了所有的原子模型，而著眼于觀察發(fā)射光譜線的頻率、強度和極化，利用矩陣數(shù)學(xué)，將這三者從數(shù)學(xué)上聯(lián)系起來，從而提出微觀粒子的不可觀察的力學(xué)量，如位置、動量應(yīng)由其所發(fā)光譜的可觀察的頻率、強度經(jīng)過一定運算（矩陣法則）來表示。他和玻爾等合作，建立了量子理論第一個數(shù)學(xué)描述——矩陣力學(xué)。1927年，他闡述了著名的不確定關(guān)系，即亞原子粒子的位置和動量不可能同時準(zhǔn)確測量，成為量子力學(xué)的一個基本原理。 1926年，奧地利理論物理學(xué)家薛定愕（Erwin Schrodinger，1887～1961）提出了描述物質(zhì)波連續(xù)時空演化的偏微分方程——薛定愕方程，給出了量子論的另一個數(shù)學(xué)描述——波動力學(xué)。后來，物理學(xué)家把二者將矩陣力學(xué)與波動力學(xué)統(tǒng)一起來，統(tǒng)稱量子力學(xué)。 1927年，美國貝爾實驗室的戴維森（Clinton Joseph Davisson，1881～1958）、革未（Lester Halbert Germer，1896～1971）及英國的湯姆遜（George Paget Thomson，1892～1975）通過電子衍射實驗，都證實了電子確實具有波動性。至此，德布羅意的理論作為大膽假設(shè)而成功的例子獲得了普遍的贊賞。以后，人們通過實驗又觀察到原子、分子……等微觀粒子都具有波動性。實驗證明了物質(zhì)具有波粒二象性，不僅使人們認(rèn)識到德布羅意的物質(zhì)波理論是正確的，而且為物質(zhì)波理論奠定了堅實基礎(chǔ)。 光的波動說與微粒說之爭從十七世紀(jì)初開始，至二十世紀(jì)初以光的波粒二象性告終，前后共經(jīng)歷了三百多年的時間。牛頓、惠更斯、托馬斯．楊、菲涅耳等多位著名的科學(xué)家成為這一論戰(zhàn)雙方的主辯手。正是他們的努力揭開了遮蓋在“光的本質(zhì)”外面那層撲朔迷離的面紗。跨世紀(jì)的爭論引出了量子力學(xué)的誕生，它是描述微觀世界結(jié)構(gòu)、運動與變化規(guī)律的物理科學(xué)，是20世紀(jì)人類文明發(fā)展的一個重大飛躍，引發(fā)了一系列劃時代的科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)發(fā)明，對人類社會的進步做出重要貢獻。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的表面物理、半導(dǎo)體物理、凝聚態(tài)物理、粒子物理、低溫超導(dǎo)物理、量子化學(xué)以及分子生物學(xué)等學(xué)科的發(fā)展中，都有重要的理論意義。我們的現(xiàn)代文明，從電腦、電視、手機到核能、航天、生物技術(shù)，幾乎沒有哪個領(lǐng)域不依賴于量子論。 詳細的介紹情況參考資料 里面還有關(guān)于光的折射、反射、衍射和量子論等等的發(fā)現(xiàn)過程，有興趣的話不妨看看