科学首页 > 科学动态 > 新闻列表 > 正文

经典理论得验证 实验证实光兼备波动性和粒子性

http://www.kexue.com 2012-11-07 09:20:12 腾讯科学  发表评论

实验首次确定光同时具备波动性和粒子性
光的双重本质,表现的即像粒子又像波
实验首次确定光同时具备波动性和粒子性
该图展现了光在粒子和波表现形式间的连续变化

  光是由波还是由粒子组成的呢?这个基本问题已经困扰了科学家们数十年的时间,因为光好像是由两者共同组成的。然而,迄今为止的试验已经显示光的表现或者像一种粒子或者像一种波,但是从未同时表现出两种状态。现在一种新型试验第一次展示了光能够同时表现的像一种粒子和一种波,为这种困惑打开了一个新的局面,有可能帮助科学家揭开光和整个量子世界的真实本质。

  这种讨论可以至少追溯到远到艾萨克-牛顿时代,他提出光是由粒子组成的,而詹姆斯-克拉克-麦克斯韦尔认为光是一种波,他的电磁学理论将电学和磁学统一在一起。随后在1905年阿尔伯特-爱因斯坦借助光是由光子组成的概念解释了一种名为光电效应的现象(这一发现也让他赢得了诺贝尔物理奖。)

  最终我们有充分的理由认为光既是一种粒子也是一种波。事实上,这也同样适用于所有的亚原子粒子,包括电子、夸克甚至最近发现的希格斯玻色子一样的微粒。这种概念被称为波粒二象性,而且它也是量子力学理论的基本原则。光或者其它任何类型的微粒表现的像一种粒子还是像一种波取决于进行什么类型的试验。到目前为止,光的两种本质面貌还没有同时观察到。

  但是科学家们一直想知道,光从一种粒子转变成一种波是否取决于周围环境?或者是否光一直都是同时表现的即像粒子又像波呢?现在研究人员们第一次设计出了一种新型的测量装置,能够同时探测光即像微粒又像波的表现形式。这种装置依靠的是一种名为量子非定域性的古怪量子效应,这种反直觉的概念归结为同一粒子能够同时存在于两个位置的想法。

  英国布里斯托大学的物理学家阿尔贝托-佩鲁佐在一份声明中说道:“这种测量装置检测到了强烈的非定域性,这就证实在我们的试验中光子同时表现的即像一种波又像一种粒子。这就对光或者像一种波或者像一种粒子的模型做出了强烈的反驳。”这篇描述试验的论文发表在11月2日出版的《科学》杂志上,佩鲁佐是论文的首席作者。

  这个试验进一步依靠了量子力学的另一个古怪方面,也就是量子纠缠的概念。两种粒子能够纠缠在一起因此就会出现一个粒子影响另外一个粒子的行为。使用这种方式,研究人员们能够让试验中的光子延迟成为粒子还是波的选择。麻省理工学院的物理学家赛斯-劳埃德并未参与这个项目,他在《科学》杂志相关的随笔中称这个试验是有冒险精神的,并且说道:“虽然这种纠缠只能够延迟成为粒子或者波的选择几纳秒的时间,如果有人曾经接触过储存纠缠的量子存储器概念的话,那么就会了解这种选择能够推迟到明天。那么我们为什么现在就要下结论呢?(过客)

  相关阅读:

  "奇怪波动"挑战认知 引力波探测仪跨入量子尺度

  系外行星呈现周期性波动 生命难以长久生存(图)

  宇宙巨型黑洞喷射超高速粒子 产生稀薄气泡(图)

网友评论以下评论只代表网友个人观点,不代表科学网观点 已有条评论