《量子力学》自学辅导 01 光的波粒二象性.pdfVIP

维普资讯 ，占 百巷 经 毅压 2卷 第 9期 大 学 物 理 Vo1．12No．9 993年 9月 COLLEGE PHYSICS Sep 1993 ¨ 《量子力学 自学辅导之一 一 光的波粒二象性 耳 曾心愉 ” 裴文杰 宋宇辰 (¨复旦大学物理系． 卜溉 200433；复旦大学理论物理骨干教师班，j：海 200433) 一 几个重要实验事实向经典理论提出了挑战 另一方面，经典统计力学告诉我们，如果每个 电磁振 子的能量 能够连续取值，刚在热平衡状态 F，其平 如果让一束电磁渡照射适当的抉缝，按照经典波 均能量为 动理论的预言，其后的接收屏上将 出现干涉 衍射花 纹．但如果让一束强度极低的电磁波去照射照相底 片， “ f ： 在 一定时 问间隔内，底片 卜只会呈现一些不规则的小 fd0 斑点，就好象底片是被粒子一个一个地击中的一样! 这里k为玻耳兹曼常数．于是，额率间隔△ 内的能量 这是不是一个矛盾呢?单单就低强度光照射底片产生 小斑点的现象而言，^们似乎仍然可以为经典波动理 c，()△p=AN ．i一 kTAv C 论争辩：光波无非是连续分布在空间中的振荡电磁场， 当它以洛伦兹(Lorentz)力作用于底片中大量被原子束 这就是书Jc(p．5)所指出的： “瑞~1](Rayleigh)和金斯 一e (Jeans)根据经典电动力学和统计物理学也得出黑体辐射 缚的电子时，少量电子能够连续地 这种微弱的电磁 11 能量分布公式，他们得出的公式在长波部分与实验结果 波中吸收能量井逐渐积累超过 电离能，进而从原子中 f 较符台，而在短波部分则完垒不符”．后来洛伦兹考虑 离解出来 ．这少量电离原子便产生 出小的斑点艟．但是， 光电敛应及下面列举的其它现象表明．这种解释是很 到电磁场与电子相互作用的具体机制，按照经典理论 难成立的：这些现象强烈地暗示 ，电磁波(热辐射 光、 所推出的也是类似的结果，这就向波动理论提出了严 紫外线．x射线、y射线等等)具有经典波动理论无法 重的挑战． 解释的微粒性． 现在，我们换一个思路，假定每一个电磁振子只 1．黑体辐射(空腔辐射) 能取基本能量值hv(能量量子)的整数倍，吁¨每个振 我们首先看一看，经典波动理论怎样说明空腔中处 子在热平衡下的平均能量 于热平衡状态的辐射场．设想一个边长为 L、由垒反 射壁构成的立方体空腔，其 中包含着平衡热辐射场 ．我 们的问题是确定空腔 中额率问隔 到 +dv之间的热 器 辐射 【电磁)能量u(v)dp． 按照真空中的麦克斯韦(Maxwel1)方程，空腔电