请问各位高手光具有波粒二象性,我们知道光在宏观上是直线传播的(均匀介质中).那么微观上,光子具体是怎么运动的?是象水波一样荡漾开去吗?是简谐运动+平移?我是学生,请高手指教.

无轨迹~~OK?

水波和这个波粒2象性的波不是同一种概念~~这是几率波~~别乱珲啊

1900年，普朗克提出辐射量子论，人们认为这种理论显示光有“粒子性”。1923年，德布罗意由此联想到电子也有“波动性”，从而预言有一种伴随着电子的波，而1927年当戴维孙和革末发现电子衍射现象时，人们认为德布罗意的预言被证实了。1925至1926年，薛定谔找到了德布罗意波所满足的方程——薛定谔方程，并用这个方程成功地说明了原子中的单个电子的某些行为，同时提出了波函数的“电磁诠释”。紧接着，波恩通过对电子的“散射”现象的考察，提出了“波函数的概率诠释”，指出波函数的绝对值的平方给出单个电子处于某种状态的概率密度。波函数的电磁诠释在电子衍射实验中，在屏幕上形成衍射图形的是电子束中的大量电子。因此，如果说德布罗意预言的是存在伴随着电子的德布罗意波，而电子衍射实验证实了他的预言，那么，应该说：“德布罗意波一种伴随着电子束的波。”这样，我们就可以把电子衍射实验与德布罗意波的关系描述如下：当一个由一群作等速直线运动的电子组成的电子束通过一个小孔落在屏幕上时，会在屏幕上显示出衍射图形，与适当的单色平面光波通过同一小孔的衍射图形相似。由一群作等速直线运动的电子组成的电子束的诸电子的动量是一致的，因此可以用其动量p来表征，而单色平面光波则可以用其波长l来表征。实验事实是：与动量为p的电子束的衍射图形相似的是波长为h/p的光波的衍射图形。从这一实验事实我们看到：电子束伴随着一种未知的波——德布罗意波，特别是，动量为p的电子束的德布罗意波的波长为lh/p，电子束的动量与德布罗意波的波长的这种关系被称为德布罗意关系。一个波动过程可以由一个复数的波函数来描写，特别是，对于单色平面波，该复数的幅角表示波的位相，其模则表示波的振幅。此外，一个波动过程的能量分布由它的波函数的绝对值的平方（模方）给出的实函数来描写，我们称这个实函数为这个波动过程的“能函数”。光波的衍射图形的明暗程度取决于光波在屏幕上的能量分布，可由能函数来描写。德布罗意波的衍射图形的明暗程度则取决于诸电子在屏幕上的数密度分布。因此，从电子衍射实验我们还知道：“德布罗意波的能函数描写电子束的电子数密度。”正如质点的运动是“轨道运动”一样，连续体的运动是“分布运动”。电子束是由分立的一个个电子组成，并不是连续体，但是当我们用德布罗意波的能函数来描写电子束的电子的数密度时，我们实际上把电子束简化为连续体。当德布罗意波的波函数按照薛定谔方程随时间变化时，其能函数表现了对应的电子束的电子数密度的变化，从而表现了诸电子在时间进程中的分布运动。用电子束取代单个电子，早期薛定谔对波函数的“电磁诠释”的许多困难就迎刃而解。例如，在薛定谔的波动力学中，电子的电荷与能函数的乘积给出一个“电荷分布函数”，薛定谔把这个函数理解为单个电子的电荷的分布函数。这样，单个电子的电荷就在空间像云雾一样弥漫分布。可另一方面，在描写氢原子的薛定谔方程中，表示电子与原子核的相互作用的项却是点电荷的库仑势。这一矛盾一直是他的“电磁诠释”的一个主要的困难。如果把这个电荷分布函数理解为电子束的电荷的分布函数，困难就克服了：单个电子的电荷是点电荷，而大量电子的电荷则在空间连续分布。就像云雾一样，单个的雾珠是点状的，而大量雾珠则在空间连续分布。又例如，薛定谔把单个电子理解为一个波包，可是洛仑兹已经指出：在量子力学中，某一时刻形成的局限在一个小体积内的波包，会由于色散效应而随着时间进程而弥漫开来，从而不再是波包。“由于这种不可避免的弥漫现象，波包并不宜于代表那些其单独存在应当是相当持久的东西。”这是薛定谔的电磁诠释的另一个令人烦恼的困难。可是只要把单个电子换成电子束，这个困难也悄然消失：在量子力学中，某一时刻形成的局限在一个小体积内的电子束，会由于色散效应而随着时间进程而弥漫开来。一言以蔽之，电子束中的诸电子不可能在同一轨道上运行，甚至也不可能在很接近的许多轨道上同时运行。这一点，我们在考察“测不准关系”时已经知道了。

量子力学诠释的基本问题既然电子衍射实验以及类似的实验明明表明薛定谔方程中的波函数描写了大量电子的分布运动，为什么薛定谔偏要固执地把这个大量电子的分布运动的运动定律理解为单个电子运动的运动定律呢？ 这与薛定谔当时的工作的对象有关系，早在1925年初，他就注意到德布罗意的如下发现：氢原子的稳定轨道的周长正好是德布罗意波的波长的整数倍，即正好让德布罗意波形成驻波。1926年，他那题为《作为本征值问题的量子化》的一组论文借助于薛定谔方程更是给出了氢原子的各种已知的性质：诸如氢原子的能级公式、斯塔克效应、色散等。而在氢原子中，所涉及的不是大量电子，而是单个电子。因此，他必须回答的问题是：“波函数对单个电子有什么意义？”这是量子力学诠释的基本问题，他对波函数的电磁诠释就是试图回答这一问题，这个诠释的各种困难表明，他并没有完成这一任务。但十分可贵的是，他提出了这一任务。波恩不同意薛定谔的电磁诠释，据他自己说，其中很重要的原因是：“我的研究所与弗兰克的研究所都处在哥廷根大学的同一建筑物里。弗兰克和他的助手们所进行的每一项电子碰撞实验，在我看来都是电子的微粒性的一个新证据。”也是在1926年，在薛定谔完成他那划时代的论文组的最后一篇的几天以后，波恩完成一篇短文《论碰撞现象的量子力学》，提出了被认为是奠定了量子力学诠释基础的“波函数的概率诠释”。那么，波恩的这一诠释是否真的回答了量子力学诠释的基本问题呢？电子的散射过程涉及的是大量电子而不是单个电子。因此波恩正确地理解了波函数描写了电子束的电子数密度这一事实。但他当然也知道他的挚友薛定谔的工作，从而知道量子力学诠释的基本问题是波函数对单个电子有什么意义。因此，波恩不说波函数描写了电子束的统计分布，而说波函数描写了单个电子的概率分布。在这里，人们有一个天真得可爱的想法：统计分布描写的是大量电子，而概率分布描写的却是单个电子，因此只要把波函数描写了电子束的统计分布改写成波函数描写了单个电子的概率分布，就既给出波函数对电子束的诠释，又给出了波函数对单个电子的诠释，从而解决了量子力学的基本问题。却不知道，对于氢原子中的电子的运动来说，统计分布没有了，作为统计分布的观念映像的概率分布也跟着没有了。因此，波恩对波函数的概率诠释，实际上只适用于像电子衍射过程那样的涉及大量电子的场合，而不适用于像氢原子中的电子的运动那样仅涉及单个电子的场合，波函数在涉及单个电子的场合具有什么意义，还是一个没有解决的问题。两种“单个电子”为了更明确提出这一问题，我们引进两个用语：把大量电子中的单个电子称为“群电子”，把孤立的单个电子称为“孤电子”。只有对于群电子，单个电子的状态的概率分布才能观念地映射大量电子的状态的统计分布。对于孤电子，大量电子的状态的统计分布不再存在，单个电子的状态的概率分布作为它的观念映像也就随之消失。人们或许会问：热力学所研究的热力学系统是一个孤立的单个系统，而不是大量系统中的一个单个系统，而根据吉布斯的系综理论却可以定义一个热力学系统的概率分布函数，为什么对于氢原子中的单个电子，我们不能定义它的概率分布函数呢？在这里，人们把微观粒子与热力学系统相比，这是一种不恰当的类比。以吉布斯正则系综为例，如果这个系综描写热力学中的某一闭系统B，则按照定义，B是一个与外界交换能量但是不交换粒子的系统，或者说，是一个与大热源接触的系统。诚然，B并不是大量系统中的一个成员，在这种意义下它是一个“孤系统”。但是，我们可以在想象中大量复制这个系统，这些复制成的系统具有相同哈密顿量，然后把这些复制成的系统用导热管连接起来，这些系统中的某一系统是大量系统中的一个“单个系统”，在这种意义下它是一个“群系统”。另一方面，只要我们把这个群系统以外的其他系统当作该系统的“大热源”，这个群系统就完全等同于闭系统B了。因此，我们可以把吉布斯系综理解为与B具有相同的哈密顿量并且用导热管连接起来的大量系统的集合。闭系统B既然可以等同于一个群系统，自然可以定义一个概率分布函数，这个概率分布函数就是吉布斯系综的统计分布函数的观念映像。

我们还可以用另一种方式在想象中复制系统B，把B的微观状态在一段很长的时间T内的变化作如下等时距抽样：将T分成n个时间间隔，把其中的第k个时间间隔的中点这一时刻该闭系统的状态记作(qk, pk)，这样，对应于B的吉布斯系综就可以想象成如下n个闭系统的集合，其中的第k个系统在初始时刻的状态是(qk, pk)。显然，这样定义的吉布斯系综满足如下基本假设：B的某一物理量的长时间平均值等于其吉布斯系综的系综平均值。那么，对于一个孤立的微观粒子，我们能不能在想象中大量复制它，形成一个由这种微观粒子组成的系综，让该粒子等同于粒子系综中的一个成员呢？回答是否定的。如果不限制在想象中复制大量微观粒子的方式，则我们可以得到任何系综，这样得到的系综与波函数完全无关，它们不能提供任何有用的信息。那么，我们能不能模仿吉布斯的方式来进行复制呢？根据已知量子力学原理，这也是不可能的。还是以氢原子中的孤电子为例，如果我们在想象中大量复制该电子，使得波函数表现这些电子的数密度，则在氢原子核周围将有大量电子，而根据泡利不相容原理，这是不可能的。诚然，我们也可以在想象中大量复制氢原子本身，从而复制了大量各自绕一个氢原子核旋转的电子。这样得到的大量电子就不是处在同一外部条件下的电子而是处在相同的外部条件下的电子了。这样又会遇到另一个问题：例如，一个单色的电子束诸电子在空间均匀分布。但如果我们大量复制一个作等速直线运动的孤电子，而这些在想象中被复制出来的电子不是处在同一外部条件下而是处在相同的外部条件下，那么这些电子中的可能第一个在北京海淀，第二个在上海浦东，第三个在纽约曼哈顿，而第四个在天狼星上，它们完全不必在空间均匀分布的。那么，对一个孤系统的运动作等时距抽样形成系综行不行呢？回答也是否定的。例如，一个孤电子作轨道运动，如果对这一轨道运动作等时距抽样，并且像形成吉布斯系综那样在想象中形成一个“电子系综”，那么这个系综中的诸电子将在同一轨道上运行，这一点刚好又是测不准关系所排斥的。综上所述，对于孤电子，像为热力学系统给出吉布斯系综那样建立想象中的系综是既没有用也不可能的，因此孤电子的波函数并不具有概率分布的意义，因此，波函数还有某种未知的意义。量子力学与因果律关于波函数的概率诠释，波恩的理解是，单个电子的运动不遵循因果律，从而在原子过程中应放弃决定论。他有一句名言：“粒子运动遵循概率定律，而概率本身按照因果律传播。”[1]为了评论波恩的这一名言，先要理解因果律这一用语在这里的含义。人们说，一个质点的运动是满足因果律的，这是因为，如果知道该质点在初始时刻的状态，就能根据运动方程计算出它在以后的任一给定时刻的状态。“因果律”这一用语用在这里似乎给人以乱用哲学用语的感觉，但我们入乡随俗，暂时接受这种用法。按照这种用法，如果知道一个连续体的初始分布，根据运动方程计算出它在以后的任一给定时刻的分布，则这种分布运动也是满足因果律的。在这种意义下，由薛定谔方程所描写的电子束的分布运动满足因果律。考虑某一电子束，记作R，而e是其中的一个电子。电子束R伴随一个德布罗意波，其能函数给出R的诸电子的数密度的“统计分布”。如果把这个能函数理解为单个电子e的位置的“概率分布函数”，则这个概率分布函数的变化就在单个电子e身上观念地反映了电子束R的诸电子的数密度的分布运动。这种观念上的转化并未增加我们对单个电子e的认识，除了e是R的一个成员，我们对它仍然一无所知。特别是，我们既不知道e在初始时刻的状态，也不知道e在以后任一时刻的状态。对e的这种无知是不是意味着e的运动不遵循因果律呢？我们记得，当人们说“一个质点的运动遵循因果律”时，是指如果知道该质点在初始时刻的状态，就能根据运动方程计算出它在以后的任一时刻的状态。因此，“e的运动不遵循因果律”意味着：“即使知道e在初始时刻的状态，也不能根据运动方程计算出它在以后的某一给定时刻的状态。”按照因果律的这种含义，尽管我们对e的运动一无所知，却不能说它的运动违背因果律，因为我们并不知道e在初始时刻的状态。

谢谢