主题:【月色物理问题教室】任何东西都能发出电磁波么? -- 月色溶溶
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家园 简单说一下光的波粒二象性

光是波,还是粒子的争议曾经存在了很长时间。

第一就是墨子,墨子的小孔成像实验认为光沿直线传播。往后一点,有欧几里德,托勒密等人。他们也认为在眼睛和被观察物体之间行进的光线是直线的。并进而研究了折射,反射等现象。再往后经过一系列牛人的工作,培根,开普勒,斯涅耳,直到笛卡儿,几何光学的基础最终奠定。

1655年,意大利数学家格里马第在实验中让一束光穿过两个小孔后照到暗室里的屏幕上,他发现在投影的边缘有一种明暗条纹的图像,马上联想起了水波的衍射,于是格里马第提出“光可能是一种类似水波的波动”,这就是最早的光波动说。

1666年,大牛人牛顿做了三棱镜色散实验。他用两块三棱镜实现了太阳白光的分解合成。当时波动说对此无法很好解释。而且当时也认为波在绕过物体的时候是要弯曲的,但是光是沿直线传播的。牛顿又用“以太”这种介质解释了前面格里马第的实验现象。所以。牛顿提出了光的“微粒说”,认为光是由微粒形成的,并且走的是最快的直线运动路径。

相反,和牛顿同时代的惠更斯是波动说的死硬分子。1678年,他提出他每个发光体把光波传给邻近一种弥漫媒质(“以太”)微粒,每个受激微粒都变成一个球形子波的中心,产生新的波。他还认为光是一种纵波。后来,托马斯·杨的杨氏双缝干涉实验证明光是一种波。杨也提出了光的不同颜色是由于不同的光波长。

波动说的一个问题在光的偏振。1809年,马吕斯发现光的偏振。1811年布儒斯特提出偏振现象的经验定律。这个后来杨通过改光为纵波的假设为横波解决。波动说的主要问题是光波的传播介质。所以当时人们就发明了“以太”这种弥散介质。这个东西在1887年被迈克耳逊-莫雷实验质疑。到了爱因斯坦,就被他完全抛弃了。爱因斯坦指出,由于你无法探测出你是否相对于“以太 ”的运动,因此,关于“以太”的整个概念是多余的。

1845年,法拉第发现了“法拉第旋转”。就是说当一束光通过一个极化材料的时候,在外加磁场的作用下,极化面相对入射光会有一个旋转。这就把光和电磁场挂上了关系。后来麦克斯韦一看,非常有兴趣。他就研究起了电磁辐射和光。通过计算,他发现电磁波的真空速度就是光速。于是他就说光是一种电磁波。1887年,赫兹通过实验证实了电磁波。电磁波同样存在可见光拥有的折射,反射,衍射,干涉等等现象。到此,波动说地位非常稳固了。在爱因斯坦的相对论出来前,电磁学一直有个问题。根据麦克斯韦方程,光速在任何参照系里都是不变的。这与经典力学相背。相对论完美地解决了这个问题。

经典粒子论在1814年菲涅耳的光干涉实验和1821年夫琅和费的光衍射图形求波长的关系式后开始歇菜。不过经典粒子论的罩门是在解释折射现象。理论预测,对于相同物质,折射率和密度成正比,光子的速度在进入高密度的物质的时候要加速。后来1850年,福柯的第一次较精确测光速试验证明这种预测是错的。经典粒子论彻底完蛋。

以上都是经典物理学里面的东西。粒子论的重生就是靠许多科普上写的那些著名的朵朵乌云,黑体辐射和光电效应。量子力学史话里面都说得很多了。新的粒子论与传统的粒子论是完全不同的概念。波粒二象性提供了一个理论框架。在这里,波函数描述了粒子的状态。波函数具有叠加性,所以我们可以看到象波一样的干涉,衍射。同时,波函数也被解释为描述粒子出现在特定位置的几率波。这样,粒子性和波动性就可以统一了。

元宝推荐:爱莲,
帖:1656858 复 1656424
家园 你这是scientific review,不是科普。

科普需要生动直观,要让文科生听懂。

帖:1656863 复 1656858
家园 俺也来试着回答一下

很粗略的说,电磁波是电子振荡产生的,

关于电磁波的传播介质,可参见历史上关于寻找以太的历程。实际上电磁波的传播是不需要介质的,在真空中也可以传播。

电磁波按波长从短到长可大致分为

宇宙射线--伽马射线--x射线--紫外---可见光---红外--微波等等

光波的粒子性体现在能量的不连续性,总是光子能量的整数倍,实验是光电效应

可以认为光子是不可再分的一份能量,能量正比于频率,光子没有静质量。

光波的波动性是指光波具有干涉,衍射等波的特性,但是要指出的是光的波动性,实际上是几率波,不能用机械波来类比。

理论上只要有电子的周期振荡就会有电磁波

帖:1656881 复 1656424
家园 俺再来试一下

蓝字是当物体加热后,温度提高,粒子的布朗运动加剧,即相互碰撞得更厉害啦后,电子被激发到高能级,由于高能级是不稳定的,电子会自发跃迁到低能级,同时放出能量,这个能量就是光子。

随着温度的增加,越来越多的电子被激发的高能级并自发跃迁至低能级,于是就越来越亮,当温度更高的时候,部分电子就被激发到更高的能级,跃迁至低能级时放出的能量就更多光的颜色就逐渐向高频即蓝色方向移动。

帖:1656898 复 1656542
家园 哈哈,月色MM不简单

文科生挑战量子力学,这本身就是一个传奇

我来试着解释两句,不知道能不能说清楚。

1.电磁波传播的介质

答案:无。电磁波传播不需要介质。很早以前,人们以为电磁波传播也像水波传播那样需要介质,并给这种介质起了一个好听的名字,叫“以太”(Ether)。尽管没有证据,但人们对以太的存在坚信不移。同时,随着科学技术的发展,人们不断尝试用实验证实以太的存在。最著名的要属十九世纪末的迈克尔逊—莫雷实验。这个实验不但想要证实以太的存在,而且想要计算出地球相对于以太的运动速度(地球本身有自转、有绕太阳的公转,所以不可能是静止的)。然而,不幸的是实验结果非但没有证实任何东西,反而彻底否定了以太的存在。从此人们知道电磁波传播不需要任何介质。

2.“波粒两重性”

这个是不好理解。首先,我们承认电磁波是物质,是实实在在、客观存在的。我们说电磁波是波也好、是粒子也好,都是一种比喻,都是用来帮助我们理解电磁波的。打个比方,说从前有个盲人,他没有见过太阳。于是呢,他就问别人什么是太阳。一个人对他说“太阳,大大的、圆圆的,像个烙饼。”另一个人说“太阳,暖暖的、亮亮的,像个火炉。”那么太阳到底是什么呢?对这位盲人来说,这是一个“烙饼火炉两重性”难题。其实太阳本身就是太阳,既不是烙饼,也不是火炉。同样,电磁波既不是纯粹的波,也不是纯粹的粒子。当我们像盲人那样,不能用自己的感官完全感知电磁波的全部特征时,我们能做的就是承认它是一种特殊的物质,电磁波就是电磁波。

3.是不是任何东西都会发出电磁波?

是的。任何温度高于绝对零度(大约摄氏零下273.15℃)的物体都会发出电磁波,这叫热辐射。不同温度物体发出电磁波的波长分布是不同的。室温下的物体发出的电磁波主要集中在波长较长的一端,也就是我们所说的红外线。这就是为什么红外线探测仪器能探测出来很多东西。当温度升高,比如说打铁的温度,有一部分电磁波已经出现在红光和黄光区了。当温度更高,像太阳表面的温度,辐射的电磁波有很多是波长更短的绿光、蓝光、紫光,甚至是紫外线。各种不同的光混在一起,到了我们眼里就是白色。如果物体的温度比太阳表面还要高,那么电磁波中波长短的成分就会进一步增多,这样一来看上去就发蓝、发紫了。天文学家就是用这个原理来测量天体的温度的。

上面讨论了不同温度下发出的电磁波。那么同一温度下的不同物体呢?它们发出电磁波的波长分布是一样的,不同的只是辐射的效率。下面是作业题:什么样的物体辐射电磁波的效率高?

帖:1656927 复 1656424
家园 量子力学,别说文科生,理工的不学深点也搞不懂
帖:1656965 复 1656927
家园 嘿嘿,俺还没那个水平。
帖:1656971 复 1656863
家园 月色MM比武招亲哪,咱这已经服刑的就不瞎参和了。
帖:1656979 复 1656424
家园 这就是说光能转化成能,能也能转化成光,

温度是那样来的,光线是那样来的.

你说的是热能怎么转化成光.光怎么转化成热呢?

帖:1657103 复 1656898
家园 人体有很多网眼...
帖:1657107 复 1656854
家园 嗯,这些书上大多都有的.发展史.
帖:1657111 复 1656858
家园 就是不要单独从波啊粒啊去理解电磁波.

电磁波就是电磁波,它是一种独特的物质.我们只能分别描述它的一些特点,然后自己综合.

原来不同的颜色是因为温度不同然后电磁波长不同.可是为什么会这样呢?波长不同颜色怎么就会不同?

老师的问题,等我看完书了以后或者恍然大悟以后再回答好不好?

帖:1657133 复 1656927
家园 打击我.
帖:1657137 复 1656965
家园 就说你不知道得了嘛.
帖:1657139 复 1656979
家园 准确的说,是工科生和非物理类的理科生,吼吼
帖:1657145 复 1656965
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