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光是什么?这个问题困扰了科学家几个世纪。现代物理学告诉我们,光具有波粒二象性,既表现出波的特性,也表现出粒子的特性。这一发现彻底改变了我们对光和物质本质的理解。
1801年,英国科学家托马斯·杨进行了著名的双缝干涉实验。当单色光通过两个平行的狭缝时,在屏幕上形成了明暗相间的干涉条纹。这个实验有力地证明了光的波动性质,因为只有波才能产生这种干涉现象。
1905年,爱因斯坦通过光电效应实验证明了光的粒子性。当光照射到金属表面时,如果光子的能量足够大,就能将电子从金属中击出。这个现象只能用光的粒子理论来解释,光子的能量等于普朗克常数乘以频率。
1924年,法国物理学家德布罗意提出了物质波理论,认为所有物质都具有波动性。后来的电子衍射实验证实了这一理论。当电子束通过晶体时,会产生类似光波的衍射图样,证明电子确实具有波的性质。物质波的波长等于普朗克常数除以动量。
波粒二象性的发现标志着量子力学的诞生。在量子世界中,粒子不再有确定的位置和动量,而是以概率的形式存在。海森堡不确定性原理告诉我们,我们无法同时精确知道粒子的位置和动量。这种量子特性彻底改变了我们对现实世界的理解,开启了现代物理学的新纪元。