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manbet手机版导致理解光的本质和发射和吸收过程的研究是至关重要的。manbet手机版它从1900年的开始到量子物理学的发展，在20世纪20年代达到一个高峰，并在本世纪中期取得成果，完成了非常成功的量子电动力学(QED)理论。

manbet手机版诺贝尔物理学委员会对待这些成就的方式既有趣，在某些情况下也令人惊讶。

manbet手机版波粒二象性

manbet手机版在经典的观点中，粒子是能量和其他特性在空间和时间中的集中，而波则是在更大的空间和时间区域中展开的。manbet手机版光是粒子流(微粒)还是波的问题是一个非常古老的问题。manbet手机版这manbet手机版“,或”manbet手机版配方是经典的自然的，对先进的是陌生的manbet手机版“,”manbet手机版即使是manbet手机版“既不,也不manbet手机版今天的解决方案。manbet手机版19世纪早期，有人提出并做了一些实验来证明光是一种波动运动。manbet手机版在这一努力中的一个关键人物是托马斯·杨，他是有史以来最聪明最聪明的科学家之一，他在1803年就已经研究了光的衍射和干涉，其结果有力地支持了克里斯蒂安·惠更斯的波动理论，而不是艾萨克·牛顿的粒子或微粒理论。manbet手机版许多其他的研究人员作出了进一步的贡献，其中包括奥古斯丁·让·菲涅尔，他指出光是一种横波。

manbet手机版牛顿的光理论似乎可以用来解释物体在光束中的直线投影。manbet手机版但是需要波动理论来解释在一个有一条或几条狭缝的屏风后面，光强度在一些地方增强而在另一些地方减弱的干涉。manbet手机版波动理论也能解释阴影的边缘不太锋利的事实。

manbet手机版1864年，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)提出了电磁数学理论，提出了光具有电磁性质的观点，光以波的形式从光源传播到接收器。manbet手机版海因里希·赫兹在19世纪80年代通过实验发现了无线电频率下电磁波的存在。manbet手机版麦克斯韦尔死于1879年，赫兹死于1894年，年仅37岁，比阿尔弗雷德·诺贝尔早两年去世。万博体育安卓版app

manbet手机版19世纪末，也就是诺贝尔奖设立的时候，光的波动性质似乎确定无疑。狗万世界杯manbet手机版因此，对光的波动性质的决定性研究来得太早，无法获得诺贝尔奖。manbet手机版然而，有一个例外——x光。

manbet手机版有关光的粒子性质的发现属于我们这个世纪，因此人们可能会期望诺贝尔奖会颁发给这样的成就。manbet手机版这几乎是真的，但诺贝尔奖档案讲述了一个更复杂的故事，下文将予以揭露。

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manbet手机版x射线的发现是在manbet手机版威廉·康拉德·伦琴manbet手机版他在1895年获得了1901年的第一届诺贝尔物理学奖。manbet手机版Röntgen表明，x射线和光一样，以直线传播，但与光相反，它能穿透物质。manbet手机版Röntgen预见到他的发现对医学的重要性。

manbet手机版这一发现产生了许多重要的结果，很好地满足了阿尔弗雷德·诺贝尔的规定万博体育安卓版appmanbet手机版将manbet手机版“给人类带来了最大的利益”。manbet手机版1912年之后,当manbet手机版马克斯·冯·劳厄manbet手机版获得1914年诺贝尔物理学奖的霍金提出并观察到x射线的折射，波图才得到普遍接受。

manbet手机版威廉·康拉德·伦琴

manbet手机版马克斯·冯·劳厄

manbet手机版晶体中原子间的距离与x射线的波长相当吻合。manbet手机版von Laue提出了三维光栅的衍射理论，并做出了预测，并得到了W. Friedrich和P. Knipping实验的验证。

manbet手机版这种新辐射是由Röntgen在1895年发现的，但在1901年他被授予诺贝尔奖时，它的性质还不清楚。狗万世界杯manbet手机版最初，人们发现光的唯一共同特性是沿直线传播。manbet手机版直到1910年，两党之间还发生了激烈的争论manbet手机版Barklamanbet手机版而且manbet手机版布喇格manbet手机版；manbet手机版一个为x射线是像光一样的波的观点辩护，另一个则认为x射线是由小子弹流组成的。

manbet手机版诺贝尔奖演讲作者manbet手机版阿瑟·h·康普顿manbet手机版1927年的《x射线作为光学的一个分支》。manbet手机版它是这样开头的:“最近物理研究中最吸引人的方面之一是逐渐将我们熟悉的光学定律扩展到非常高频的x射线中，直到目前为止，几乎没有一种现象在光的领域中没有发现x射线的类似现象。manbet手机版反射、折射、漫射散射、偏振、衍射、发射和吸收光谱、光电效应，所有光的基本特征都被发现是x射线的特征。manbet手机版与此同时，人们发现，当我们向x射线的极端频率前进时，其中一些现象会逐渐发生变化。由于光学定律的这些变化，我们获得了关于光本质的新信息。”

manbet手机版光的粒子性质的证据

manbet手机版在物理教科书中，通常引用两种现象来证明光的粒子性质:1)光电效应和2)x射线的康普顿散射。

manbet手机版在一些不那么批判性的文本中，第三种情况被错误地引用，即manbet手机版普朗克manbet手机版他在分析热辐射时就发现了能量量子。manbet手机版诺贝尔委员会在1918年将物理学奖授予这一重大发现，但没有错误地将发现光的粒子特性的功劳授予普朗克。

manbet手机版狗万世界杯诺贝尔物理学奖授予马克斯·普朗克

manbet手机版普朗克发现了所谓的普朗克常数manbet手机版在1918年，他获奖的动机被强调。manbet手机版这个新的自然常数(用能量的维度乘以时间)把能量的量子和光的频率联系起来，manbet手机版，通过公式manbet手机版．manbet手机版1918年诺贝尔奖颁奖典礼上的颁奖词是:“产品狗万世界杯manbet手机版振动频率下能被辐射的热量是最小的吗manbet手机版普朗克本人反对光在真空中以粒子(后来被称为光子)的形式传播的观点。

manbet手机版从以下内容可以清楚地看出，诺贝尔物理学委员会在授予1921年(1922年)的诺贝尔物理学奖时也不承认光的粒子性质manbet手机版阿尔伯特·爱因斯坦manbet手机版"因为他发现了光电效应的定律"也没有在1927年授予亚瑟·霍利·康普顿物理学奖"因为他发现了以他名字命名的效应"

manbet手机版1921年诺贝尔奖授予阿尔伯特·爱因斯坦(1922年颁发)

manbet手机版爱因斯坦在1905年通过一个巧妙的统计分析得出光有时表现为粒子的结论manbet手机版维恩manbet手机版的热辐射波长分布公式。

manbet手机版爱因斯坦认为他的新想法将为光电效应提供一个自然的解释，即电子从被光照射的金属表面发射。manbet手机版光的波动理论是完全不能这样做的。manbet手机版爱因斯坦在1922年获得诺贝尔奖的动机狗万世界杯是基于他发现的光电效应定律。

manbet手机版爱因斯坦以普朗克公式为基础重复了统计计算，普朗克公式比维恩公式更一般化，得出了波的概念和腔内光热浴中粒子的概念都需要的结论。manbet手机版1909年，在柏林普鲁士学院的一次研讨会讨论中，爱因斯坦使用了这种新的计算方法，试图说服普朗克和在场的其他人，认为光也有必要由许多独立的粒子组成。

manbet手机版众所周知，爱因斯坦没有因为他的相对论获得诺贝尔奖，因为瑞典皇家科学院的一些有狗万世界杯影响力的成员对这些理论强烈的怀疑。manbet手机版1911年诺贝尔生理学或医学奖得主manbet手机版Allvar Gullstrandmanbet手机版他认为爱因斯坦狭义相对论的正确性是建立在信念上的，而不是建立在被证明的事实上的，他认为广义相对论经不起批判性的分析。

manbet手机版那么，爱因斯坦获奖不就意味着学院承认了光的粒子本质吗?manbet手机版诺贝尔委员会表示，爱因斯坦发现物质和以太之间的能量交换是通过原子发射或吸收量子能量发生的，manbet手机版．

manbet手机版作为光量子(用现代术语来说就是光子)的新概念的结果，爱因斯坦提出了这样一个定律:从物质中发射出的电子是由单色光发出的，频率为这个频率manbet手机版最大能量是多少manbet手机版,在那里manbet手机版就是从物质中移除电子所需的能量。manbet手机版罗伯特·安德鲁斯米利根manbet手机版在10年的时间里进行了一系列的测量，最终在1916年非常精确地证实了这一定律的有效性。manbet手机版然而，米利肯发现光量子的概念既陌生又奇怪。

manbet手机版诺贝尔委员会避免致力于粒子概念。manbet手机版光量子，或者用现代术语说，光子，在报告中被明确提及，而获奖决定只与发射和吸收过程有关。manbet手机版委员会说，爱因斯坦光电定律最重要的应用以及它最令人信服的证实来自于使用manbet手机版波尔manbet手机版在他的原子理论中，用它来解释大量的光谱数据。

manbet手机版尼尔斯·亨里克·大卫·玻尔

manbet手机版在他的原子理论中，当一个原子在两个量子化能级之间发生跃迁时，玻尔使用爱因斯坦定律作为光发射或吸收频率的基本条件manbet手机版而且manbet手机版，以manbet手机版，在现代文本中，这只不过是基本的能量守恒，根据具体情况发射或吸收光子。manbet手机版然而，波尔多年来一直抵制光子的概念，直到1925年左右。manbet手机版在1922年的诺贝尔奖演讲中，玻尔用以下的话表达了他的反对意见:“光量子的假设尽管具有启发式的价值，但它与所谓的干涉现象是相当不可调和的，它无法阐明辐射的本质。”manbet手机版爱因斯坦被邀请在同一个活动上领奖，但因为他要去日本旅行而不能来。manbet手机版因此，世界错过了见证这两位物理学巨人关于光的本质的早期讨论的机会。

manbet手机版诺贝尔物理学委员会看到了爱因斯坦和玻尔之间的联系，并在1922年的两个诺贝尔奖中得到了体现:前一年颁发给爱因斯坦的保留奖和现在颁发给玻尔的诺贝尔奖。

manbet手机版狗万世界杯诺贝尔奖授予亚瑟·霍利·康普顿(1927年)

manbet手机版1923年初，阿诺德·索默菲尔德访问美国，给玻尔写信说:“最有趣的事情是……manbet手机版是圣路易斯康普顿的作品....吗manbet手机版之后，x射线的波动理论就会失效。”

manbet手机版康普顿随后观察到，x射线的某些部分被散射到远离光束方向的地方，其波长比入射射线的波长长。manbet手机版他非常精确地测量了波长的变化。manbet手机版这种变化是不可能用经典波动理论来解释的。manbet手机版康普顿自己对散射过程的解释是两个粒子之间的碰撞——一个是自由电子，另一个是光子。

manbet手机版康普顿在量子理论和相对论运动学的基础上，利用能量和动量守恒定律计算了波长的位移。manbet手机版他的测量结果与预测完全一致。manbet手机版康普顿使用x射线光谱仪来精确测量散射辐射的波长，散射辐射由两个部分组成——一个移位了，另一个没有移位。manbet手机版移位的成分是由于对自由电子或几乎自由电子的散射，因此它们可能会反冲，从而占用动量和相当大的能量，而未移位的成分是由于对束缚电子的散射，在这种情况下，整个原子甚至晶体占用动量，但只有微不足道的能量。

manbet手机版对康普顿函数所使用的光谱仪的理解是基于x射线的波动理论。manbet手机版通过这种方法，他发现x射线以粒子的形式散射。manbet手机版这一事实清楚地说明了光的双重性。

manbet手机版1927年，康普顿被授予诺贝尔物理学奖狗万世界杯manbet手机版C.T.R.Wilsonmanbet手机版威尔逊用他的云室观察到了x射线束的反冲电子，从而有力地支持了康普顿过程的有效性。

manbet手机版学院现在终于为发现光的粒子特性颁发奖项了吗?manbet手机版答案是否定的。

manbet手机版在评估报告中有一句话说，鉴于最新的理论，康普顿的理论现在必须被认为是过时的。manbet手机版因此粒子图不被接受。

manbet手机版诺贝尔委员会采取的立场是可以理解的，因为在康普顿获得诺贝尔奖的时候，还没有基于光子概念的微分截面的好理论。manbet手机版这样的理论还在未来。manbet手机版但也有一些基于波动图像的理论，将电子和x射线都视为波，也给出了正确的波长偏移。

manbet手机版康普顿效应已经在1925年和1926年被诺贝尔委员会评估过了，他们发现这个理论非常不令人满意。manbet手机版然而，在1927年，情况发生了变化。manbet手机版这项新的评估是由乌普萨拉大学力学和数学物理学教授Carl Wilhelm Oseen进行的。manbet手机版他为委员会做了彻底的研究。manbet手机版他首先回忆起1922年康普顿的发现引起的巨大兴趣，这很大程度上是由于康普顿本人提出的理论。manbet手机版他写道manbet手机版(我的瑞典语翻译)manbet手机版“这一理论与观测结果的一致，使理论物理学中不那么挑剔的代表产生了这样的想法，即波动理论和微粒理论之间的长期斗争将接近尾声，这并不奇怪。manbet手机版康普顿的发现被这些科学家视为微粒理论成立的决定性证据。manbet手机版如果这些预期得以实现，康普顿的发现无疑将标志着整个辐射理论发展的决定性转折点。”manbet手机版Oseen试图证明事实并非如此。manbet手机版他的观点是，康普顿发现的新效应是非常重要的。

manbet手机版Oseen描述了玻尔理论是如何在1925年衰落的，而康普顿效应与此无关。manbet手机版他提到了矩阵力学和波动力学是如何在没有康普顿效应启发的情况下进入这个阶段的。manbet手机版康普顿效应最古老的理论是由康普顿提出的manbet手机版“Debijes”(德拜)manbet手机版和趋之若骛。manbet手机版它们基于光量子理论，“对实验研究有价值，但鉴于最新的理论，现在必须被认为是过时的”。manbet手机版Oseen提到了一些较新的研究成果，尤其是Gordon的研究成果和O. Klein最近的研究成果，它们基于波动理论，将电子和光都视为波。manbet手机版它们都得到了相同的方程，关于散射波和反冲电子之间的能量和动量守恒，这个方程最初是由康普顿假设双粒子碰撞导出的。manbet手机版“康普顿-德比杰理论的基础由此被发现，这一次不是作为假设，而是作为原子理论的结果。”这是Oseen的一个结论，证明了他对康普顿-德比杰理论过时的判断是正确的。manbet手机版此外，这些波力学处理也给出了强度与散射角(即微分截面)的公式，比经典波理论预测更符合实测结果。

manbet手机版Oseen总结说，过去18个月的革命与康普顿的发现无关，革命的新方向与康普顿发现后预期的方向相反。manbet手机版这个新理论是一个比以往任何理论都高的波动理论。manbet手机版利用这个新理论，我们可以从定性和定量上正确地解释康普顿效应。

manbet手机版委员会强调康普顿效应仍然是重要的，因为它再次非常清楚和令人信服地证明了经典理论在原子物理领域是不适用的，它提供了一个有价值和受欢迎的可能性来测试新想法。

manbet手机版物质双重性的发现奖

manbet手机版光的双重性也被扩展到物质中的类似双重性。manbet手机版电子和原子最初被认为是小体。manbet手机版1929年manbet手机版路易·维克多·德布罗意王子manbet手机版因“发现电子的波动特性”狗万世界杯而获得诺贝尔物理学奖。manbet手机版给出了实验证明manbet手机版克林顿约瑟夫Davissonmanbet手机版，纽约，和manbet手机版乔治·佩吉特·汤姆森爵士manbet手机版从伦敦。manbet手机版1937年，他们共同获得了诺贝尔物理学奖。manbet手机版自从manbet手机版欧文薛定谔manbet手机版1925年发现的电子波动力学的非相对论波动方程一直是自然科学的一个有价值的工具。manbet手机版Schrödinger在1933年被授予诺贝尔物狗万世界杯理学奖。

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manbet手机版诺贝尔委员会早些时候小心翼翼地避免明确指出光的粒子性质，但毫不犹豫地明确指出有时表现为波的物质。manbet手机版玻尔关于互补性的思想早在两年前就提出了，因此在1929年诺贝尔奖颁奖典礼上的演讲中，人们可以在以下几句话中找到这一思想的反映:“因此，光似乎既是一种波动运动，又是一股微粒流。manbet手机版它的一些性质可以用前一个假设来解释，另一些则可以用第二个假设来解释。manbet手机版两者肯定都是真的。”

manbet手机版因解决光的对偶性问题而获得诺贝尔奖

manbet手机版1925-1926年，随着量子力学的出现，对偶性问题的解决有了可能。

manbet手机版保罗·狄拉克manbet手机版1927年发表了一种关于电磁场(如光或x射线)和带电粒子之间相互作用的数学理论——这是一种量子化场理论。manbet手机版几位物理学家作出了进一步的贡献，并将其推广到物质场，如今已成为处理任何类型(强、弱或电磁)基本相互作用不可或缺的工具。manbet手机版三位先驱，狄拉克，manbet手机版维尔纳·海森堡manbet手机版而且manbet手机版沃尔夫冈·泡利manbet手机版他们获得了诺贝尔物理学奖，但也有其他成就。

manbet手机版狄拉克理论的最初版本结合了光的波和粒子方面，只对最初的近似有用。manbet手机版计算结果与实验结果吻合较好;manbet手机版其中之一就是康普顿散射的微分截面。manbet手机版然而，当尝试在特定情况下需要更精确的计算时，结果变得疯狂，实际上是无限的。manbet手机版这种情况在20世纪40年代得到了补救manbet手机版Sin-Itiro Tomonagamanbet手机版，manbet手机版朱利安·施温格manbet手机版而且manbet手机版理查德·费曼manbet手机版1965年，他们共同获得了诺贝尔物理学奖。狗万世界杯manbet手机版由于他们的工作，我们现在有了人类在这一领域取得的最美丽、最精确的理论之一，即QED或称量子电动力学。manbet手机版它用数学语言表达，非常适合这类事业，超越了波和粒子二象性的日常辩证法，达到了量子场的综合。

manbet手机版理查德·费曼(Richard Feynman)将他的量子力学版本建立在“路径积分”的概念上。manbet手机版他提出，通过将具有特定相位因子的粒子的每个可选时空轨迹的贡献相加来计算跃迁概率振幅。manbet手机版从这种方法中，费曼推导出了QED振幅的图形表示，这使该理论更容易处理。manbet手机版在费曼图中，光子和电子是在时空图中以线条的形式给出的。manbet手机版与能量、动量和其他性质交换的相互作用发生在这样的时空点上，也就是粒子线相遇的地方。manbet手机版费曼图是现今用来计算理论预测的标准方法。

manbet手机版然而，QED理论对于许多实际应用来说太高级了，通常只在高级研究生课程中给出。manbet手机版因此，每一个物理新生都必须与对象性问题作斗争，允许粒子和波概念同时存在，并认为两者是相互排斥的(正如尼尔斯·玻尔在1927年的《互补原理》中阐述的那样)。

manbet手机版我们可以推荐一本以费曼的热门讲座为基础的初级小书:《量子力学》(QED)。manbet手机版理查德·费曼的《光与物质的奇异理论》(普林斯顿大学出版社，1985年)，费曼在书中用简单的语言和优雅的方式给出了他的QED版本的精髓，甚至描述了几何光学定律是如何从QED理论推导出来的。

manbet手机版同一实验中的波粒二象性

manbet手机版用光束或电子束进行的实验，可以观察到波和粒子这两个方面。manbet手机版要产生干扰，除其他外，光束从源到探测器(如屏)也必须有多条路径可用。manbet手机版用波动图来解释干涉。manbet手机版当束流强度足够低且探测器合适时，可以逐个观察粒子的碰撞。manbet手机版然后能量量子就像空间和时间中的粒子一样被定位。

manbet手机版电子双狭缝实验的实验安排。manbet手机版电子束有两条路径可用。 manbet手机版由A. Tonomura等人提供:美国物理杂志manbet手机版57manbet手机版(1989) 117

manbet手机版现代的高科技使得用光、电子或原子进行相当复杂的实验成为可能，当用波图或粒子图来描述这些实验时，可能会显得令人难以置信。

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manbet手机版光子是场量子(粒子)，充当带电粒子之间的力的传播者。manbet手机版它已成功地与弱力的三个传播者(W^{manbet手机版+}manbet手机版W^{manbet手机版- - - - - -}manbet手机版Z^{manbet手机版0}manbet手机版)．manbet手机版后三种是非常重的粒子，而光子是无质量的。manbet手机版它们一起是统一电弱相互作用力的通信器。

manbet手机版1979年，诺贝尔奖授予了这三位理论物理学家manbet手机版谢尔登•格拉肖manbet手机版，manbet手机版总部设在Abdus Salammanbet手机版,manbet手机版Steven Weinbergmanbet手机版"表彰他们对基本粒子之间的弱电磁相互作用统一理论的贡献，包括，除其他外，对弱中性电流的预测"，并于1984年授予manbet手机版卡罗•鲁manbet手机版而且manbet手机版西蒙·范德米尔manbet手机版“他们对这个大型项目的决定性贡献，导致了弱相互作用的通信子W和Z的发现”。

manbet手机版＊manbet手机版Gösta埃克斯朋出生于1922年。manbet手机版他是瑞典斯德哥尔摩大学物理学名誉教授。manbet手机版他从1960年起在斯德哥尔摩大学建立了一个新的、逐渐强大的基本粒子物理学研究小组。manbet手机版在他的研究论文中，有一项发现包括，在宇宙射线中发现中性介子(与英国布里斯托尔大学的J. Hooper和D.T. King一起)和第一次系统研究反质子湮灭(与美国加州大学伯克利分校的研究小组一起)。manbet手机版他在核物理、宇宙辐射、基本粒子物理、天体物理、统计模型、科学史和科学政策等领域撰写了一本核物理教科书(瑞典语:Kärnfysik)和许多研究论文、研究报告和几篇流行文章。manbet手机版1975-1988年，他是诺贝尔物理学委员会的成员，并担任了两年的主席。manbet手机版他还在20世纪80年代担任诺贝尔基金会的董事会成员。manbet手机版他曾在瑞典研究委员会、国际研究委员会和欧洲核子研究中心科学政策委员会任职，并担任该委员会主席3年。

manbet手机版这篇文章最初是作为一篇学术讲座发表的。

manbet手机版首次出版于1999年12月2日