光量子理论是什么意思(光可以看成光量子)

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量子力学诞生于20世纪初,从那时候起人们认知到自然界中到处隐藏着分立的,也就是不连续的东西,在量子理论出现以前,人们相信光的强度是可以无限变弱的。

也就是说,光被认为是一种连续的东西,但是在量子力学理论中,光存在着最小的块儿~光量子,也就是光子,光还具备有不连续的性质。

就是说,如果把最小的光的强度设为1,那么在描述测量到光的强度时,光强只能是整数,比如2、10、23……也即是说,光强不可能以小数方式存在,比如0.9、2.59……在测量中,是不可能出现的数量。

在19世界即将结束时,为了冶炼出高品质的钢,人们需要能够正确的测量出熔炉中的温度,冶炼炉的温度太高,所以没有温度计能放入钢炉去测量,因此当时实际使用的方法,是观察高温物体所发出光的颜色(波长),进而推算出温度的高低。

比如,熔炉中的钢的颜色:红色对应的是600度左右,黄色对应的是1000度左右,白色对应的是1300度以上的温度。

德国物理学家马克斯.普朗克在1900年得到了和实验结果一致的方程式,给予这种现象一个恰当的解释,由此,普朗克革命性的提出了~量子假说。

在德国出生的物理学家阿尔伯特.爱因斯坦,也独立的考察了高温物体发出的光,并在1905年公开发表,但爱因斯坦提出的假说,与普朗克发现的发光粒子的振动能量是分立的,稍有区别。

这就是光量子假说:光的能量是一份一份的~这意味着光是由具有粒子性质的~光子(光量子)集合而成的。

我们能看到遥远的光源发出的光,比如能看到星星、星系等等,就是因为光具有粒子性~每个光子都携带能量。

如果光只具备波的性质是连续的,那么从遥远星星、星系发出的光,会被无限的摊薄,由于距离非常遥远,当光到达我们眼中的时候,已经被摊薄的非常微弱,微弱到无法让我们的视网膜上的感光分子识别,也就是说我们将看不到星星。

但是,根据量子力学~光作为光子的集合,而每个光子都独立保持自己的能量,所以光的能量不会被无限摊薄,因此,光子打到视网膜上的时候,虽然随着距离的拉长,打到视网膜上的光子会减少,但还是有足够的能量让我们看到星星。

在量子理论被发现前,光一直被人们认为是一种波,因为光有光的干涉,这是一种波所持有的特有的现象,量子理论出现后,光被证明,光在具有波的性质的同时,也具有粒子的性质,也就是~光的波粒二象性。

1913年,丹麦物理学家尼尔斯.玻尔,套用普朗克的量子假说,构造了一个原子模型,该模型认为原子内部的电子所携带的能量也一份一份的,如此一来,允许电子存在的轨道也就变成了分立的了。

所以,当电子从高能轨道去低能轨道的时候就会发光,光的能量等于轨道之间的能量差,由于电子的轨道是分立得,所以它发处的光的颜色(波长)也就变得分立了。

这解决了20世纪初的物理学界中,关于原子所发出的光的颜色问题,当时已经知道,氢原子能够发出的光有四种,而光的能量是由波长~波峰到波峰的距离决定的。

波长长的~更靠近红色,能量低;波长短的~更靠近紫色,能量高。

在氢原子发出的光中,红光的波长为656纳米,绿光的波长威486纳米,蓝光的波长为423纳米,紫光的波长威410纳米。

1923年,法国物理学家路易.德布罗意认为,既然光能具有波和粒子的二象性,那么被认为是粒子的电子也应该带有波的性质。

这在理论上成立,因为根据量子理论,单个电子就同时具有粒子和波的性质(单个的光子也具有粒子和波的二象性)。

但是,单个电子在其围绕原子核的过程中,它的粒子属性与波的属性,有原则上的冲突,无法在两个不同理论系统中自洽。

我们一起探索宇宙的终极秘密,下期精彩继续。

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