物质波

一、物质波概念形成的基础

在二十世纪以前的经典物理学中，波和粒子是物质的完全不同的两个概念．粒子存在于空间的某一区域，与不连续性相联系，通常用体积、长度、动量、能量等物理量来描述它的状态和状态的变化．而波是弥漫于空间，与连续性相联系，通常用波长、频率、位相、强度等物理量来描述．在解释物理现象时，粒子的观点总是与波动的观点相对立的、互相排斥的， 是一种典型的“非此即彼”的关系．历史上关于光的本性的探讨就是一个典例，在十七世纪以前，同时产生了光的微粒说和波动说，在这二者的争论中，由于几何光学发展的需要和微粒说的倡导者——牛顿的影响，把光看作是快速粒子流的微粒说占主导地位．随着物理光学的研究的深入，十九世纪初，光的波动说异军突起，占了主导地位．麦克斯韦电磁场理论的成功，又进一步加强了光的波动说的地位．但时隔不久，在研究光与物质的相互作用问题又重新发现波动说面临的巨大困难．特别是对光电效应的研究，虽然可以上溯到赫兹，但一直是光的波动说难以完满解释的现象．二

十世纪初，普朗克提出了能量子概念，从此物理学进入了一个新的时期．1905 年，爱因斯坦在普朗克“能量子”假设的启发下，提出了光量子（光子）的理论，指出，一束单色光，是一束以光速 C 运动的粒子波， 这些粒子称为光量子，即光子．每个光子都有一定的能量，对于频率为ν 的光，每个光子的能量为ε=hν，h 为普朗克常数．光束的能量就是这些光子能量的总和，一定频率的光，光子的数目越多，光的强度就越大．以此完满地解释了光电效应现象．从此使人们对光的本性有了进一步的认识．即从光的干涉、衍射、偏振等现象表现出光的波动性质，而从光电效应等光与物质相互作用的现象中又表现出光的粒子性．这样历时三个多世纪的波动说和微粒说的争论，由光的波粒二象性的观点所代替，为微观粒子波粒二象性的提出打下了坚实的基础．