電磁波波粒二象性能有些通俗易懂的介紹嗎？

02-05

在此前的經典力學中已經有了成熟的波和粒子的物理模型。

但精細的研究表明，光和各種「微粒」的行為既不完全符合經典的波，也不完全符合經典的粒子，而是在某些場合像經典的波，某些場合像經典的粒子。我們用波粒二象性來稱呼它。（進一步的理論認為宏觀物體也有波粒二象性，只不過不顯著。）

具體地講，是在衍射、干涉等問題中表現得像波。

但在能量、動量的問題中，卻表現得像粒子。

然而波粒二象其實既不是經典的波，也不是經典的粒子。

謝邀。

所謂波粒二象性可以用測不準原理欣賞。在測不準原理中， $Delta x Delta p geq frac{hbar}{2}$ ，眾所周知， $hbar$ 是個十分小的物理量。

如果是單色的光，只有一個頻率，那 $Delta p = 0$ 和 $Delta x$ 極大。反之，如果是粒子， $Delta x = 0$ 但 $Delta p$ 極大。一個波或粒子等實體，其實都有相當的 $Delta p$ 和 $Delta x$ ，即粒子和波的特性都有，只是perspective不同而已。

另外，如果 $psi (x)$ 和 $ildepsi(k)$ 是互為Fourier轉換，你可以嘗試證明 $langle Delta x Delta k angle geq frac{1}{2}$

一個粗糙的解釋是單個有著固有能量的粒子按照量子力學的波動方程傳播，然後這個粒子可以是光子。

這是因為在量子力學的 scale 下，粒子的路徑（路徑積分）由波動方程描述。

也就是，量子力學下，對於粒子的計算不僅僅要考慮最大「概率」的路徑，還要考慮別的路徑。

於是當年有人給費曼傳話：「薛定諤決定了，你來搞這個路徑積分」，於是費曼念了兩句詩「http://dx.doi.org/10.1103/RevModPhys.20.367」

雖然我知道這個簡化地有些過度了。

電磁波的波粒二象性這個從字面意義上解釋就是「電磁波同時具有粒子的性質，也具有波的性質」。

這麼說可能還是很含糊哈，我們先把波的性質和粒子的性質分開來解釋。

只從電磁波來考慮的話（事實上從量子力學的角度來說一切物質都具有波粒二象性，這裡先只分析電磁波），首先是波動性：

波最基本的特性干涉和衍射，簡單說就是波在遇到障礙的時候可以繞過障礙物繼續傳播。而實物粒子，我們在經典物理里知道運動的物體遇到障礙會發生碰撞，而不是主動「繞過去」。因此干涉和衍射是波特有的一種性質，而電磁波的干涉衍射是很容易觀察到的（例如激光干涉），必須要用波的性質才能解釋這些實驗現象，所以說電磁波有波動性，這個人們在很早以前就已經發現了。

粒子性：

剛剛上面說了，遇到障礙的時候「繞過去」是波的性質，而發生經典意義上的「碰撞」是粒子的性質。為什麼說電磁波具有粒子性呢，這個其實也是實驗現象的解釋。x射線在經過電子的時候，發生散射，按照波動性的解釋，出射電磁波的頻率應該是不變的，但事實上出射電磁波的頻率卻是下降的，這個降低和出射角有關。這個就是波的性質沒法解釋的東西了，而經典物理里的粒子碰撞（能量守恆、動量守恆）卻可以很好的解釋這個問題。因為實物粒子的性質可以解釋電磁波的一些物理現象，所以我們說電磁波具有粒子性。

電磁波同時具有波動性（波長、頻率、振幅等）和粒子性（動能、動量等），因此不屬於傳統意義上的經典粒子或波，所以說其具有「波粒二象性」

如果看電磁波的波粒二象性的公式，我們可以發現等號一側是實物粒子特有的物理參數（能量、動量），另一側則是波特有的物理參數（頻率、波長），他們之間通過普朗克常數連接，表明的是電磁波粒子性和波動性之間的關係。

比較好的一個例子是愛因斯坦用光的波粒二象性解釋光電效應（就是咱們現在太陽能電池的基礎啦）

題外話，波粒二象性實際上不僅僅是電磁波，一切物質都具有這個性質。只不過當物質體積很大的時候，他的波動性表現的特別特別小，以至於把它當成是純粹的粒子性也不影響。而當物質特別特別小的時候，波動性就很明顯，這個時候不能忽略掉波動性的影響。（牛頓經典物理不能解釋宏觀高速問題也是這個道理，因為低速情況下有些影響因素就不會表現出來，後來愛因斯坦把這個坑給填上了，就是相對論）

光啊，你給我跳一支舞吧。於是光舞動著它同時充斥宇宙的身軀舞動了起來。人類說，你跳的是什麼啊？我看不見！於是光霧中出現了一束稱為c的光束，從人眼前一晃而過，當它遇到細縫時，發生了衍射現象。當它與金屬板碰撞後，發生了光電效應。前者展現了c光的波舞，後者展現了c光的粒子舞。愛因斯坦說，我雖然發現你是粒子，但我不信你同時既是粒子，又是波。於是，單個光子的雙縫延遲關閉實驗開始了，人類看到哥本哈根解釋所描述的奇特景象:光，不僅是波，不僅是粒子，更是瀰漫於整個空間中的霧，它即時可以知道人類是否關閉了距它身後一光年之處雙縫中的一個縫。

推薦你看《費曼物理學講義(卷一)》的電磁場部分，這裡面解釋的很生動。

本人剛學量子力學，說一下自己的理解（若錯了，歡迎矯正）

一句話來說，光是什麼，光就是光！其他什麼都不是。

（對哲學不感興趣的就不用看了~~~）

估計很多人都蒙了，下面慢慢解釋：

這應該從我們如何認識世界的方法論說起，

人類了解世界，認識世界是從物質表現出來的性質判斷的，並不是世界的本質。舉個例子，我們日常的生活中，通過一個人的行為（說話，動作，眼神等等）來認識一個人，這些行為是他表現出來的一種性質。但是我們真的十分了解這個人嗎（本質）？並不是，我們只是了解這個人在什麼樣的情況下會表現出來什麼行為（性質）。通過這些行為然後我們做出一些推斷。

返回波粒二象性，光的本質是什麼，對我們沒有任何意義。一個人的本質是什麼，同樣對我們沒有任何意義。唯一對我們有意義的，是光所表現出來的性質。一個人是什麼樣的人，其本質（我對人的本質理解是沒有任何人了解任何一個人，平時我們的所謂了解，都是片面的，就好像波動性和粒子性一樣）是什麼，對我們不重要，重要的是其所做的一些事。因為只有行為才能產生作用。（一個人從來不與社會接觸，是無法影響到你的，當然他也不能成為一個人了，畢竟社會性是人的本質屬性，一個光不與外界作用，它也就不是我們所說的光了）。換句話說，對我們沒有任何意義。

（很重要，估計沒幾個人理解，哎~~）

而光就相當於這麼一個人。我們要了解光，了解它的唯一手段就是擺弄一下它，看看它有什麼反應。通過擺弄（干涉和衍射現象），發現它即符合波動的規律，又符合粒子的一些規律。這個時候，人們就無語了，開始了跨世紀的爭論。爭論到過後，發現不過是我們的思維慣性的錯誤罷了。（以為波動性和粒子性是完全對立的）。我們一直思考光是波動性還是粒子性，然而波動性和粒子性為什麼不能同時存在呢？深入考慮下去，背後冒出一股冷汗（我自己）。這個感覺出現過後，一切都沒有問題了。

這個爭論出現，一切不過是思維定式罷了，科學的思維讓我們減少迷信，注重證據，然而我卻又無法知道什麼時候我一點也不迷信了。哎，真無奈。所以現在都不敢隨便回答別人的問題了，誤導了怎麼辦？我的回答正確嗎？好蛋疼！！！