波粒二象性發(fā)展.doc

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1、<<從辯證唯物主義觀點(diǎn)談光的波粒二象性>>高中物理課本中“光的波粒二象性”一節(jié)中作為對“光的本性”一章的概括性總結(jié)，寥寥五百多字將光的本性勾勒得淋漓盡致，不得不讓人嘆服做作者的物理造詣與文字功力。但要說服學(xué)生接受光既是一種波又是一種粒子無異于在說同一個人既是男人又是女人一樣讓人難以接受，筆者在從事物理教學(xué)過程中曾嘗試在概括光的干涉、衍射及光電效應(yīng)等主要內(nèi)容的同時，用馬克思辨證唯物主義的觀點(diǎn)作進(jìn)一步闡釋，收效甚佳。下面將自己對于光的“波粒二象性”的辨證唯物主義分析的拙見羅列如下，供同行賜教。一、微粒說和波動說的長期斗爭以牛頓為代表的微粒說認(rèn)為光是微粒流，從光源發(fā)生，在均勻介質(zhì)中遵守力

2、學(xué)規(guī)律作勻速運(yùn)動，對于光的反射則用彈性球的反跳來解釋，對光的折射則用介質(zhì)的吸引來闡釋，另外牛頓還對光的色散、衍射等現(xiàn)象也作出解釋，盡管有些十分牽強(qiáng)，尤其是對光的衍射、色散、干涉的解釋。惠更斯是波動說的代表。他從波陣面的觀點(diǎn)出發(fā)，認(rèn)為將光振動看作在一種特殊介質(zhì)——“以太”中傳播的彈性脈動，而“以太”這種介質(zhì)則充滿了宇宙的全部空間，這便是著名的“惠更斯原理”。在惠更斯原理中，他未提出波長的概念，因而對光的直線傳播的解釋十分勉強(qiáng)，而且無法解釋偏振現(xiàn)象，對光的色散現(xiàn)象更是束手無策。牛頓對經(jīng)典力學(xué)的建立作出了空前絕后的貢獻(xiàn)，這就很容易使人們用經(jīng)典力學(xué)中機(jī)械論的觀點(diǎn)去理解光的本性，而惠更斯的波

3、動學(xué)說盡管對光的干涉、衍射的解釋還比較完美，但其理論構(gòu)架本身還很粗糙，在許多方面還不夠完善，但由于牛頓在物理學(xué)界的泰斗地位因而在19世紀(jì)長達(dá)100多年的時間里，微粒說一直占有主導(dǎo)地位。值得一提的是，牛頓并未從根本上否定微粒學(xué)說，他曾多次提到光可能是一種震動并與聲音相類比，他說當(dāng)光投射到一個物體上時，可能會引起物體中以太粒子的震動，就好象投入水中的石塊在水面激起波紋一樣，并設(shè)想可能正是由于這種波引起干涉現(xiàn)象。但總的來看，他仍對波動說持否定態(tài)度。二、光的波粒二象性所包含的辯證唯物主義思想：1、光的波動說與粒子說都是唯物主義的世界觀：無論是波動說還是粒子說，他們對光現(xiàn)象的認(rèn)識都是建立在物

4、質(zhì)第一性的原則基礎(chǔ)上的，牛頓也罷，惠更斯也罷，在對光的本性的認(rèn)識上都未提出凌駕于客觀存在以外的任何事物，都承認(rèn)光的客觀存在性，因而都是百分之百的唯物主義。在這一點(diǎn)上兩者終于走到一起，可謂殊途同歸。2、“光的波粒二象性”建立的過程實際上是“辯證法”和“形而上學(xué)”在方法論領(lǐng)域的斗爭結(jié)果：光的干涉、衍射等現(xiàn)象以無可辯駁的事實證明了光的波動理論的正確性，而光電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)則為光的粒子說奠定了堅實的基礎(chǔ)，但令人遺憾的是，波動說和粒子說都試圖用自己的一套理論體系獨(dú)立地解釋光的一切行為，而人為地割裂了兩種理論的聯(lián)系，最終都墮入形而上學(xué)的深淵，而光的波粒二象性將兩者有機(jī)地結(jié)合起來。（1）、愛因斯坦在

5、普朗克量子化理論的基礎(chǔ)上為了能更好地解釋光電效應(yīng)提出著名的光子說，他認(rèn)為光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫一個光子，光子的能量與其頻率成正比，即E=hυ，h叫普朗克常數(shù)，υ則是光子的頻率。從愛因斯坦理論不難看出，頻率本身是經(jīng)典物理中波所特有的概念。因此，光的粒子說實際上熱情的接納了波動學(xué)說，最起碼承認(rèn)“粒子說”這個“男人”身上還有少許的“女人味”。（2）、在光的波粒二象性的啟發(fā)下，法國物理學(xué)家德布羅意對于微觀粒子提出了著名的德布羅意公式。即λ=h/mv，其中λ為運(yùn)動粒子的波長，mv為運(yùn)動粒子的動量，在此基礎(chǔ)上，后人又發(fā)現(xiàn)了許多微觀粒子具有衍射現(xiàn)象，并提出“物質(zhì)波”的概念。仔細(xì)觀

6、察德布羅意公式會發(fā)現(xiàn)，是波的特性，而mv則是粒子的特性。換句話說，光的波粒二象性其實是波動說與粒子說的辨證統(tǒng)一。它從聯(lián)系、發(fā)展的觀點(diǎn)，而不是孤立、靜止的觀點(diǎn)去認(rèn)識光的本性，因而是馬克思辯證唯物主義的世界觀和方法論，而絕對不是形而上學(xué)。3、光的波粒二象性包含著量變與質(zhì)變的辨證關(guān)系：馬克思辯證唯物主義認(rèn)為，質(zhì)和量在一定條件下可相互轉(zhuǎn)化。第一，量變是質(zhì)變的必要準(zhǔn)備，質(zhì)變是以量變?yōu)榍疤岷突A(chǔ)的，沒有量變就沒有質(zhì)變；第二，質(zhì)變是量變的必然結(jié)果，只有量變達(dá)到一定程度才可能引起質(zhì)變，這一變化具有規(guī)律性、必然性。具體到光的波粒二象性，便體現(xiàn)在波與粒子圖象的統(tǒng)一。物理學(xué)家們曾做過這樣的實驗，在揚(yáng)氏雙

7、縫干涉實驗中，在屏處放上照相底片，并設(shè)法減弱光流強(qiáng)度，使光子只能一個個地通過狹縫，實驗結(jié)果表明，如果曝光時間不太長，底片上只能出現(xiàn)一些無規(guī)則分布的點(diǎn)子，那些點(diǎn)子顯然是光子打在底片上形成的，表現(xiàn)出光的粒子性；如果曝光時間足夠長，底片上便出現(xiàn)了規(guī)則的干涉條紋。由此可見，干涉實驗中包含著深刻的從量變到質(zhì)變的辨證關(guān)系。在實驗的第一個步驟中之所以在底片上出現(xiàn)的是一些無規(guī)則的點(diǎn)子，是因為量變未積累到足以發(fā)生質(zhì)變，而一旦條件成熟，量變積累到一定程度，必然引起質(zhì)變，使本來無規(guī)則的點(diǎn)子