量子力学
20世纪的头二十年离开了光的本质困惑的状态。光线是一波现象是毋庸置疑的:有无数的例子干扰效果——签名海浪和成熟的电磁波理论。然而,也有不可否认的证据表明,光由一组定义良好的能量和动量的粒子。这个矛盾的波粒二象性很快就被视为共享的所有元素的物质世界。
1923年,法国物理学家路易德布罗意建议波粒二象性是光和物质共同一个特色。直接类比光子,电子的德布罗意提出动力p应该表现出波的属性有一个关联的波长λ=h/p。四年后,德布罗意假设物质波,或德布罗意波实验证实了克林顿Davisson和莱斯特Germer完成在贝尔实验室与他们的观察电子衍射效果。
一个全新的数学框架,描述微观世界的时候,将德布罗意假设,制定由德国物理学家在1926 - 27维尔纳·海森堡和奥地利的物理学家欧文薛定谔等等。在量子力学,20世纪的主导理论物理牛顿经典粒子的概念,定义良好的轨迹是取代波函数nonlocalized空间和时间的函数。波函数的解释,最初由德国物理学家提出马克斯出生,statistical-the波函数提供了计算手段的概率粒子在空间任意点。当测量检测一个粒子,它总是表现为点状,其位置后立即测量是定义良好的。但在测量之前,或之间的连续测量,粒子的位置不是定义良好;相反,粒子是由其指定的状态变化的波函数。
量子力学体现1926 - 27配方是nonrelativistic-that,它只适用于粒子的速度明显小于光的速度。光的量子力学描述直到1940年代末才完全实现(见下文量子电动力学)。然而,光和物质波之间共享一个共同的中央有一个互补关系和粒子方面可以不通过相对论量子力学的形式。
波粒二象性
相同的干涉图样中演示了杨氏双缝干涉实验中产生当一束,等电子,影响着一个双缝干涉装置。集中精力,干扰波模式清楚地显示其属性。但是它的粒子属性呢?可以一个人光子是通过双缝装置,如果是这样的话,产生的干涉图样的起源是什么?两个波的叠加,通过每一个缝隙,生产模式在年轻的装置。然而,如果光被认为是粒子光子的集合,每个可以通过只通过一个狭缝。1905年爱因斯坦的光子假设后不久,建议双缝干涉图样可能是由于光子之间的相互作用,通过不同的缝。这个解释被排除在1909年英国物理学家杰弗里·泰勒报告衍射模式的阴影照相底片上的针记录暴露于一个非常弱的光源,足够弱,只能出现在一个光子设备在任何时候。光子没有互相干扰;每个光子造成的衍射图样。
在现代版本的双缝干涉实验中,照相底片被替换为一个检测器,能够记录单光子的到来。每个光子到达探测器一度完整无损。是不可能预测任何一个光子到达的位置,但是累积许多独立的光子对探测结果的影响逐渐形成的干涉图样。经典的干涉图样的大小在任何一个点的概率是衡量任何一个光子到达这一点。这个看似矛盾的行为的解释由光和物质(共享),这实际上是预测的量子力学定律,讨论了科学社区发现以来100多年前。美国物理学家理查德·费曼总结了1965年的情况:
我们选择检查现象是不可能的,绝对不可能,在任何经典的方法来解释,它在量子力学的核心。在现实中,它包含唯一的谜。
量子力学完全意想不到的方式,解决了长光的波粒争论自然拒绝两种模型。光的行为不能完全由一个经典波占模型或一个经典粒子模型。这些照片是有用的在各自政权,但最终他们近似,补充描述量子力学描述的一个潜在的现实。
量子光学
量子光学的研究和应用量子光与物质的相互作用,是一个积极和扩大场实验和理论。光源的发展和检测技术的进步自1980年代初使日益复杂的光学测试量子力学的基础。基本的量子效应,如单光子干涉,以及更多深奥的测量过程的意义等问题,已更清楚地阐明。光子纠缠态的两个或两个以上的具有高度相关的属性(如极化方向)已经生成并用于测试清楚量子力学的基本问题(看到量子力学:爱因斯坦,悖论Podolsky,罗森)。新奇的量子光学技术的应用也正在研究,包括量子密码学和量子计算。