光的波粒二象性

1、光的波粒二象性人類對(duì)光的研究起源很早，但對(duì)光本質(zhì)的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了一個(gè)較漫長(zhǎng)的過(guò)程。光究竟是波還是粒子？光的波動(dòng)說(shuō)與微粒說(shuō)之爭(zhēng)從十七世紀(jì)初開(kāi)始，至二十世紀(jì)初以光的波粒二象性告終，前后共三百多年的時(shí)間。正是這種爭(zhēng)論，推動(dòng)了科學(xué)的發(fā)展，并導(dǎo)致了20世紀(jì)物理學(xué)的重大成就量子力學(xué)的誕生。                    戰(zhàn)國(guó)初期偉大的思想家 、政治家，也是一位有卓越貢獻(xiàn)的自然科學(xué)家墨子（生于公元前480-

2、476年左右，卒于公元前420-390年左右）（左圖）是墨家學(xué)派的創(chuàng)始人。墨家學(xué)派著作的總匯是墨子,其主要組成部分是墨經(jīng)（右圖），這是一部?jī)?nèi)容豐富、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)著作。墨經(jīng)中記載了豐富的幾何光學(xué)知識(shí)。墨子和他的學(xué)生做了世界上最早的“小孔成像”實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出了光沿直線傳播的科學(xué)解釋，并用此原理解釋了物體和投影的關(guān)系。                 古希臘數(shù)學(xué)家歐幾里德（Euclide,公元前330-公元前275）（左圖

3、）在他的光學(xué)著作里總結(jié)了到他那時(shí)為止已有的關(guān)于光現(xiàn)象的知識(shí)和猜測(cè)。那時(shí)的人們已經(jīng)知道，在眼睛和被觀察物體之間行進(jìn)的光線是直線；當(dāng)光線從一個(gè)平面反射時(shí)，入射角和反射角相等。                     古希臘天文學(xué)家、地理學(xué)家和光學(xué)家托勒密（Clandius Ptolemaeus，約90168）（右圖）最早做了光的折射實(shí)驗(yàn)。托勒密在他的最后一本重要著作光學(xué)中提出和說(shuō)明了各種基本

4、原理，他依靠經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了折射的規(guī)律，繪出了光線以各種入射角從光疏媒介進(jìn)入水的折射表，但沒(méi)有由此得出精確的折射定律。                     英國(guó)科學(xué)家羅吉爾·培根（Roger Bacon,1214-1292）（左圖）在物理學(xué)方面，特別是對(duì)于光學(xué)的研究極為深刻，他通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了凸透鏡的放大效果以及光的反向和折射規(guī)律，證明了虹是太陽(yáng)光照射空氣中的水珠而形成的自然現(xiàn)象。

5、               意大利著名美術(shù)家、科學(xué)家列奧納多·達(dá)·芬奇(Leonardo da Vinci,1452-1519)（右圖）以博學(xué)多才著稱，他在光學(xué)、力學(xué)、數(shù)學(xué)和解剖學(xué)等方面都有不少創(chuàng)見(jiàn)或發(fā)明。他描述了光是如何通過(guò)不同表面反射的，眼睛是如何感覺(jué)反射并判斷距離的，人類的眼睛是如何接受透視的，以及光投射在物體上是如何產(chǎn)生陰影的。       

6、60;          德國(guó)天文學(xué)家和數(shù)學(xué)家約翰尼斯·開(kāi)普勒（Johannes Kepler,1571-1630）(左圖)對(duì)光的折射現(xiàn)象進(jìn)行了深入的研究，并于1611年出版了折射光學(xué)一書(shū)。開(kāi)普勒的研究表明，對(duì)于兩種給定的媒質(zhì)，小于30度的入射角同相應(yīng)的折射角成近似固定的比，對(duì)于玻璃或水晶，這個(gè)比約為3:2。他還表明，這個(gè)比對(duì)于大的入射角不成立。開(kāi)普勒試圖通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)精確的折射定律，他的方法雖然是正確的，卻沒(méi)有得到其中有規(guī)律性的聯(lián)系，但開(kāi)普勒的研究為后來(lái)斯涅耳得出折射定律起到了一定的啟

7、示作用。               荷蘭數(shù)學(xué)家威里布里德斯涅耳（Willebrord Snell Van Roijen 1591-1626）（右圖）在總結(jié)托勒密、開(kāi)普勒等前人的研究成果后做了進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)。1621年，斯涅耳在實(shí)驗(yàn)中注意到了水中的物體看起來(lái)象漂浮的現(xiàn)象，由此引出了他對(duì)折射現(xiàn)象的研究，并發(fā)現(xiàn)了光的折射定律，也稱斯涅耳定律，但當(dāng)時(shí)未做任何理論推導(dǎo)，雖然正確，卻未正式公布。     &#

8、160;         1637年，法國(guó)數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、哲學(xué)家笛卡兒(Rene Des cartes,15961650)（左圖）在他的屈光學(xué)書(shū)中提出了著名的折射定律。他從一些假設(shè)出發(fā)，并從理論上進(jìn)行了推導(dǎo)，即光的入射角與折射角的正弦之比為常數(shù)，由此而奠定了幾何光學(xué)的基礎(chǔ)。                  十七世紀(jì)中期，物理

9、光學(xué)有了進(jìn)一步的發(fā)展。1655年，意大利數(shù)學(xué)家格里馬第（Francesco Maria Grimaldi，1618-1663）（右圖）在實(shí)驗(yàn)中讓一束光穿過(guò)兩個(gè)小孔后照到暗室里的屏幕上，他發(fā)現(xiàn)在投影的邊緣有一種明暗條紋的圖像，馬上聯(lián)想起了水波的衍射，于是格里馬第提出：光可能是一種類似水波的波動(dòng)，這就是最早的光波動(dòng)說(shuō)。格里馬第認(rèn)為，物體顏色的不同，是因?yàn)檎丈湓谖矬w上的光波頻率的不同引起的。                 格里馬第

10、的實(shí)驗(yàn)引起了英國(guó)物理學(xué)家胡克（Robert Hooke，1635-1703）（左圖）的興趣。他重復(fù)了格里馬第的工作，并仔細(xì)觀察了光在肥皂泡里映射出的色彩以及光通過(guò)薄云母片而產(chǎn)生的光輝。他判斷，光必定是某種快速的脈沖，提出了“光是以太的一種縱向波”的假說(shuō)。根據(jù)這一假說(shuō)，胡克也認(rèn)為光的顏色是由其頻率決定的。他在1665年出版的顯微術(shù)（Micrographia）一書(shū)中明確地支持波動(dòng)說(shuō)。這本著作很快為胡克贏得了世界性的學(xué)術(shù)聲譽(yù)，由于他的加入，波動(dòng)說(shuō)似乎也在一時(shí)占了上風(fēng)。           &

11、#160;             英國(guó)物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家和天文學(xué)家牛頓 (Isaac Newton,1642-1727)（右圖）以極大的興趣和熱情對(duì)光學(xué)進(jìn)行研究。1666年，牛頓在家休假期間用三棱鏡進(jìn)行了著名的色散試驗(yàn)。一束太陽(yáng)光通過(guò)三棱鏡后，分解成幾種顏色的光譜帶，再用一塊帶狹縫的擋板把其他顏色的光擋住，只讓一種顏色的光再通過(guò)第二個(gè)三棱鏡，結(jié)果出來(lái)的只是同樣顏色的光，由此發(fā)現(xiàn)了白光是由各種不同顏色的光組成的。為了驗(yàn)證這個(gè)發(fā)現(xiàn)，牛頓又設(shè)法將幾種不同的單色光

12、合成白光，并且計(jì)算出不同顏色光的折射率，精確地說(shuō)明了色散現(xiàn)象，揭開(kāi)了物質(zhì)的顏色之謎，物質(zhì)的色彩是不同顏色的光在物體上有不同的反射率和折射率造成的。公元1672年，牛頓把自己的研究成果發(fā)表在皇家學(xué)會(huì)哲學(xué)雜志上。牛頓的分光試驗(yàn)使幾何光學(xué)進(jìn)入了一個(gè)新的領(lǐng)域：物理光學(xué)。牛頓提出了光的“微粒說(shuō)”，認(rèn)為光是由微粒形成的，并且走的是最快速的直線運(yùn)動(dòng)路徑。荷蘭物理學(xué)家、天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家克里斯蒂安·惠更斯（Christian Huygens,1629-1695）（左圖）是與牛頓同一時(shí)代的科學(xué)家?；莞拱l(fā)展了光的波動(dòng)學(xué)說(shuō)，在1678年給巴黎科學(xué)院的信和1690年發(fā)表的光論一書(shū)中都闡述了他的光波動(dòng)原理，即

13、惠更斯原理他認(rèn)為每個(gè)發(fā)光體的微粒把脈沖傳給鄰近一種彌漫媒質(zhì)（“以太”）微粒，每個(gè)受激微粒都變成一個(gè)球形子波的中心他從彈性碰撞理論出發(fā)，認(rèn)為這樣一群微粒雖然本身并不前進(jìn)，但能同時(shí)傳播向四面八方行進(jìn)的脈沖，因而光束彼此交叉而不相互影響，并在此基礎(chǔ)上用作圖法解釋了光的反射、折射等現(xiàn)象?；莞固岢隽斯獠嬖诿襟w中傳播的惠更斯原理，打破了當(dāng)時(shí)流行的光的微粒學(xué)說(shuō)。牛頓的“微粒說(shuō)”與惠更斯的“波動(dòng)說(shuō)”構(gòu)成了關(guān)于光的兩大基本理論，并由此而產(chǎn)生激烈的爭(zhēng)議和探討，科學(xué)家們就光是波動(dòng)還是微粒這一問(wèn)題展開(kāi)了一場(chǎng)曠日持久的拉鋸戰(zhàn)。因牛頓在學(xué)術(shù)界的權(quán)威和盛名，“微粒說(shuō)”一直占據(jù)著主導(dǎo)地位。  

14、0;       英國(guó)物理學(xué)家托馬斯·楊（Thomas Young,1773-1829）（左圖）對(duì)牛頓的光學(xué)理論產(chǎn)生了懷疑。楊氏在1800年寫(xiě)成的論文關(guān)于光和聲的實(shí)驗(yàn)和問(wèn)題中，把光和聲進(jìn)行類比，因?yàn)槎咴谥丿B后都有加強(qiáng)或減弱的現(xiàn)象，他認(rèn)為光是在以太流中傳播的彈性振動(dòng)，并指出光是以縱波形式傳播的。他同時(shí)指出光的不同顏色和聲的不同頻率是相似的。在經(jīng)過(guò)百年的沉默之后，波動(dòng)學(xué)說(shuō)終于重新發(fā)出了它的吶喊；光學(xué)界沉悶的空氣再度活躍起來(lái)。 1801年，楊氏進(jìn)行了著名的楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)所使用的白屏上明暗相間的黑白條紋證明了光的

15、干涉現(xiàn)象，從而證明了光是一種波。楊氏在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的哲學(xué)會(huì)刊上發(fā)表論文，首次提出了光的干涉的概念和光的干涉定律。1803年，楊氏在物理光學(xué)的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算論文中根據(jù)光的干涉定律對(duì)光的衍射現(xiàn)象作了進(jìn)一步的解釋。他認(rèn)為衍射是由直射光束與反射光束干涉形成的，雖然這種解釋不完全正確，但在波動(dòng)學(xué)說(shuō)的發(fā)展史上有著重要意義。 楊氏的理論激起了牛頓學(xué)派對(duì)光學(xué)研究的興趣。                  1808年，法國(guó)著名的天文學(xué)家和數(shù)學(xué)家拉普

16、拉斯（Pierre Simon de Laplace,1749-1827）（左圖）用微粒說(shuō)分析了光的雙折射線現(xiàn)象，批駁了楊氏的波動(dòng)說(shuō)。                 1809年，法國(guó)物理學(xué)家及軍事工程師馬呂斯（Etienne Louis Malus,1775-1812）（右圖）在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了光的偏振現(xiàn)象。在進(jìn)一步研究光的簡(jiǎn)單折射中的偏振時(shí)，他發(fā)現(xiàn)光在折射時(shí)是部分偏振的。因?yàn)榛莞乖岢鲞^(guò)光是一種縱波，而縱波不可能發(fā)生這樣的偏

17、振，這一發(fā)現(xiàn)成為了反對(duì)波動(dòng)說(shuō)的有利證據(jù)。                      1811年，蘇格蘭物理學(xué)家布儒斯特（David Brewster,1781-1868）(左圖)在研究光的偏振現(xiàn)象時(shí)發(fā)現(xiàn)了光的偏振現(xiàn)象的經(jīng)驗(yàn)定律。光的偏振現(xiàn)象和偏振定律的發(fā)現(xiàn)，使當(dāng)時(shí)的波動(dòng)說(shuō)陷入了困境，使物理光學(xué)的研究更朝向有利于微粒說(shuō)的方向發(fā)展。 面對(duì)這種情況，楊氏對(duì)光學(xué)再次進(jìn)行了深入的研究，1

18、817年，他放棄了惠更斯的光是一種縱波的說(shuō)法，提出了光是一種橫波的假說(shuō)，比較成功的解釋了光的偏振現(xiàn)象。吸收了一些牛頓派的看法之后，他又建立了新的波動(dòng)說(shuō)理論。                 楊氏把他的新看法寫(xiě)信告訴了牛頓派的法國(guó)科學(xué)家阿拉果(Dominique Francois Jean Arago,1786-1853)（右圖）。 阿拉果早年遵循微粒說(shuō)觀點(diǎn)研究光學(xué)，認(rèn)為光和熱、電、磁一樣，都是由無(wú)重量的微粒構(gòu)成的流體

19、，它們受物質(zhì)分子的短程引力和斥力的作用，產(chǎn)生反射、折射、雙折射等各種光學(xué)現(xiàn)象；對(duì)分子相同的物質(zhì)，折射率將和密度成正比。                  阿拉果在學(xué)習(xí)期間就與法國(guó)物理學(xué)家畢奧（Jean Baptiste Biot, 1774-1862）（左圖）合作研究光在地球大氣中的折射，以證明拉普拉斯在天體力學(xué)中提出的大氣由氧和氮的同心環(huán)組成、密度隨海拔變動(dòng)的公式。阿拉果用實(shí)驗(yàn)證明，溫度和壓強(qiáng)影響大氣折射，而空氣溫

20、度及二氧化碳的含量可以忽略。馬呂斯發(fā)現(xiàn)光的偏振現(xiàn)象后，阿拉果就用偏振光以不同的入射角度投向各氣態(tài)、液態(tài)和晶態(tài)物質(zhì)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了旋光現(xiàn)象。1813年起阿拉果對(duì)微粒說(shuō)的信仰發(fā)生了動(dòng)搖，他參與測(cè)定了許多液體和固體折射率，發(fā)現(xiàn)根本不存在微粒說(shuō)所述的和密度成正比的關(guān)系；此外，他還認(rèn)識(shí)到楊氏1801年的干涉理論能更好地解釋色偏振等實(shí)驗(yàn)事實(shí)。                      

21、0;          法國(guó)物理學(xué)家菲涅耳（Augustin-Jean Fresnel，17881827）（左圖）1815年就試圖復(fù)興惠更斯的波動(dòng)說(shuō)，但他當(dāng)時(shí)還不知道楊氏關(guān)于衍射的論文，他在自己的論文中提出是各種波的互相干涉使合成波具有顯著的強(qiáng)度。后來(lái)阿拉果告訴了他楊氏新提出的關(guān)于光是一種橫波的理論，從此菲涅耳以楊氏理論為基礎(chǔ)開(kāi)始了他的研究。1819年，菲涅耳成功的完成了對(duì)由兩個(gè)平面鏡所產(chǎn)生的相干光源進(jìn)行的光的干涉實(shí)驗(yàn)，繼楊氏干涉實(shí)驗(yàn)之后再次證明了光的波動(dòng)說(shuō)。在對(duì)光的傳播方向進(jìn)行定性實(shí)驗(yàn)之后，非

22、涅耳與轉(zhuǎn)向波動(dòng)說(shuō)的阿拉果一道建立了光波的橫向傳播理論。                  1814年，德國(guó)天文學(xué)家夫瑯和費(fèi)（Joseph Von Fraunhofer,17871826）（右圖）在重復(fù)做牛頓分解太陽(yáng)光的實(shí)驗(yàn)時(shí)，在一間小黑屋子的窗板上開(kāi)了一條狹縫，讓太陽(yáng)光通過(guò)這條縫射入屋子里，成為一條扁扁的光束，再讓光束經(jīng)過(guò)三棱鏡，變成了寬大的扇形落到對(duì)面的白墻上，成為從紅到紫的光帶，他意外地發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)光譜中的一些重要現(xiàn)象。18

23、21年夫瑯和費(fèi)在波動(dòng)學(xué)說(shuō)的基礎(chǔ)上導(dǎo)出了從衍射圖形求波長(zhǎng)的關(guān)系式。新的波動(dòng)學(xué)說(shuō)牢固的建立起來(lái)了，微粒說(shuō)開(kāi)始轉(zhuǎn)向劣勢(shì)。                          隨著光的波動(dòng)學(xué)說(shuō)的建立，人們開(kāi)始為光波尋找載體，以太說(shuō)又重新活躍起來(lái)，但人們?cè)趯ふ乙蕴倪^(guò)程中遇到了許多困難，于是各種假說(shuō)紛紛提出。菲涅耳在研究以太時(shí)發(fā)現(xiàn)，橫向波的介質(zhì)應(yīng)該是一種類固體，而以太如

24、果是一種固體，它又怎么能不干擾天體的自由運(yùn)轉(zhuǎn)呢。不久以后法國(guó)科學(xué)家泊松（Siméon Denis Poisson,17811840）（左圖）也發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題：如果以太是一種類固體，在光的橫向振動(dòng)中必然要有縱向振動(dòng)，這與新的光波學(xué)說(shuō)相矛盾。為了解決各種問(wèn)題，1839年法國(guó)數(shù)學(xué)家柯西（Augustin Cauchy,1789-1875）（右圖）提出了第三種以太說(shuō)，認(rèn)為以太是一種消極的可壓縮性的介質(zhì)，試圖以此解決泊松提出的困難。             

25、0;      英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋（James Clerk Maxwell，18311879）（左圖）通過(guò)對(duì)電磁現(xiàn)象的研究，建立了電磁學(xué)，并將光和電磁現(xiàn)象統(tǒng)一起來(lái)，認(rèn)為光就是一定頻率范圍內(nèi)的電磁波，從而確立了波動(dòng)說(shuō)的地位。這種理論預(yù)見(jiàn)后來(lái)得到了實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。1873年，麥克斯韋完成巨著電磁學(xué)通論，這是一部可以同牛頓的自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理相媲美的書(shū)，具有劃時(shí)代的意義。              

26、60;       1887年，德國(guó)科學(xué)家赫茲（Heinrich Rudolf Hertz，1857-1894）（右圖）用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，也證實(shí)了光其實(shí)是電磁波的一種，兩者具有共同的波的特性。赫茲在實(shí)驗(yàn)中同時(shí)也證實(shí)了光電效應(yīng)，即在光的照射下物體會(huì)釋放出電子，這一發(fā)現(xiàn)，后來(lái)成了愛(ài)因斯坦建立光量子理論的基礎(chǔ)。                  

27、      德國(guó)物理學(xué)家普朗克（Max Karl Ernst Ludwig Planck，1858-1947）（右圖）早期從事熱力學(xué)的研究，他的博士論文就是論熱力學(xué)的第二定律。1900年，普朗克為了克服經(jīng)典物理學(xué)對(duì)黑體輻射現(xiàn)象解釋上的困難，創(chuàng)立了物質(zhì)輻射（或吸收）的能量只能是某一最小能量單位（能量量子）的整數(shù)倍的假說(shuō)，即量子假說(shuō)。他引進(jìn)了一個(gè)物理普適常數(shù)，即普朗克常數(shù)，以符號(hào)h表示，其數(shù)值為6.626176×10-27爾格·秒，是微觀現(xiàn)象量子特性的表征。他從理論上導(dǎo)出了黑體輻射的能量按波長(zhǎng)（或頻率）分布的公式，稱為

28、普朗克公式。量子假說(shuō)的提出對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)，特別是量子論的發(fā)展起了重大的作用。普朗克在做了大量的實(shí)驗(yàn)后又提出了電磁波這種形式的能量輻射，使人們認(rèn)識(shí)到電磁波是某種粒子，既光量子。為了強(qiáng)調(diào)光的粒子屬性，光量子被稱之為“光子”。光子的質(zhì)量在運(yùn)動(dòng)中顯示出來(lái)。但電磁學(xué)存在著巨大缺陷，按照麥克斯韋理論，真空中電磁波的速度（光速）應(yīng)該是一個(gè)恒量，然而根據(jù)經(jīng)典力學(xué)對(duì)光速的解釋，不同慣性系中的光速不同。光速究竟是否應(yīng)該遵從相對(duì)性原理？電磁學(xué)對(duì)光速的解釋與經(jīng)典力學(xué)在相對(duì)性原理上相互之間產(chǎn)生了巨大的矛盾，而正是這一矛盾，導(dǎo)致了人類歷史上最偉大的科學(xué)家愛(ài)因斯坦的出現(xiàn)。    

29、60;            德國(guó)科學(xué)家愛(ài)因斯坦（Albert Einstein，1879-1955）（左圖）堅(jiān)信宇宙中一切物理現(xiàn)象的背后都蘊(yùn)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(lái)。愛(ài)因斯坦為了解決這一矛盾，做出了一個(gè)假設(shè)：假設(shè)有個(gè)人能夠達(dá)到光的速度，與光并肩齊行，那么他就會(huì)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(dòng)的電磁波是不可能觀測(cè)到的，而且波也不可能處于靜止?fàn)顟B(tài)，也就是說(shuō)，宇宙中不可能存在光在靜止?fàn)顟B(tài)的參照系，對(duì)于任何一個(gè)參照系來(lái)說(shuō)

30、，都只有屬于這個(gè)參照系的時(shí)間與空間。因此，愛(ài)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(ài)因斯坦進(jìn)行了多年的探索和研究，1905年創(chuàng)立了狹義相對(duì)論，揭示了時(shí)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(kāi)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(yùn)動(dòng)論解決布朗運(yùn)動(dòng)問(wèn)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(kāi)辟道路。愛(ài)因斯坦的相對(duì)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(dòng)了物理學(xué)上的一次意義深遠(yuǎn)的重大革命。         &#

31、160;             1913年,丹麥物理學(xué)家玻爾（Niels Henrik David Bohr，18851962）（右圖）以論原子構(gòu)造和分子構(gòu)造為題發(fā)表了長(zhǎng)篇論文,為20世紀(jì)原子物理學(xué)開(kāi)辟了道路。他采用了當(dāng)時(shí)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(dòng)了量子力學(xué)的形成。玻爾認(rèn)為,按照經(jīng)典理論來(lái)描述的周期性體系的運(yùn)動(dòng)和該體系的實(shí)際量子運(yùn)動(dòng)之間存在著一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這一對(duì)應(yīng)原理成為從經(jīng)

32、典理論通向量子理論的橋梁。玻爾對(duì)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(duì)合理的理論詮釋。                            1916年美國(guó)物理學(xué)家羅伯特·密立根(Robert Andrews Millikan,1868195

33、3)（左圖）發(fā)表了光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了愛(ài)因斯坦的光量子說(shuō)。                                 美國(guó)物理學(xué)家康普頓（Arthur Holly Compton，18921962）（右圖）1921年在實(shí)驗(yàn)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

34、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(dòng)理論，靜止物體對(duì)波的散射不會(huì)改變頻率。而按愛(ài)因斯坦光量子說(shuō)這是兩個(gè)“粒子”碰撞的結(jié)果。光量子在碰撞時(shí)不僅將能量傳遞而且也將動(dòng)量傳遞給了電子，它進(jìn)一步證實(shí)了愛(ài)因斯坦的光子理論，揭示出光的二象性。                             

35、;       1924年，奧地利物理學(xué)家泡利(Wolfgang Ernst Pauli，19001958)（左圖）發(fā)表了“不相容原理”：原子中不可能有兩個(gè)或兩個(gè)以上的電子處于同一量子態(tài)這一原理使當(dāng)時(shí)許多有關(guān)原子結(jié)構(gòu)的問(wèn)題得以圓滿解決，對(duì)所有實(shí)體物質(zhì)的基本粒子（通常稱之為費(fèi)米子，如質(zhì)子、中子、夸克等）都適用，構(gòu)成了量子統(tǒng)計(jì)力學(xué)費(fèi)米統(tǒng)計(jì)的基點(diǎn)。               

36、60;    法國(guó)物理學(xué)家德布羅意(Louis Victor due de Broglie, 1892-1987)（右圖）由光的波動(dòng)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910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(dòng)理論及費(fèi)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(dòng)力學(xué)的建立。德布羅意把愛(ài)因斯坦關(guān)于光的波粒二象性的思想加以擴(kuò)展。他認(rèn)為實(shí)物粒子如電子也具有物質(zhì)周期過(guò)程的頻率，伴隨物體的運(yùn)動(dòng)也有由相位來(lái)定義的相波即德布

37、羅意波，后來(lái)薛定愕解釋波函數(shù)的物理意義時(shí)稱為“物質(zhì)波”。德布羅意在并無(wú)實(shí)驗(yàn)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(guó)物理學(xué)家海森伯（Werner Karl Heisenberg，19011976）（左圖）鑒于玻爾原子模型所存在的問(wèn)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(qiáng)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(lái)，從而提出微觀粒子的不可觀察的力學(xué)量，如位置、動(dòng)量應(yīng)由其所發(fā)光譜的可觀察的頻率、強(qiáng)度經(jīng)過(guò)一定運(yùn)算（矩陣法則）來(lái)表示。他和玻爾等合作，建立了量子理論第一個(gè)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(dòng)量不可能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量，成為量子力學(xué)的一個(gè)基本原理