一切物質都具有波粒二象性

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2014-11-05 @開心的天蒔 開卷有益讀書平台

一切物質都具有波粒二象性

波和粒子，是經典力學的兩類研究對象。波動是物質運動的形式，粒子則是物質的最小組成部分，一虛一實，是完全不同的兩回事。

光是波還是粒子？

在到十八世紀為止的大多數理論中，光被描述成由無數微小粒子組成的物質。持這一觀點科學家以牛頓為首。牛頓還把他的物質微粒觀推廣到了整個自然界。

1655年，義大利波侖亞大學的數學教授格里馬第提出了「光的衍射」這一概念，成為光的波動學說最早的倡導者。

兩派都曾成功地證明了自己的觀點。十九世紀初，托馬斯·楊和菲涅爾的實驗清晰地證實了光的干涉和衍射特性，到1850年左右，光的波動理論已經完全被學界接受。而1887年，德國科學家赫茲發現光電效應，又再一次證明了光的粒子性。

1905年，愛因斯坦提出，光波本身就不是連續的而具有粒子性，他將之稱為光量子。他在德國《物理年報》上發表了題為《關於光的產生和轉化的一個推測性觀點》的論文，認為對於時間的平均值，光表現為波動；對於時間的瞬間值，光表現為粒子。這是歷史上第一次揭示微觀客體波動性和粒子性的統一，即波粒二象性。1921年，愛因斯坦因此獲得了諾貝爾物理學獎。

於是，光的波動說與微粒說之爭以「光具有波粒二象性」而落下了帷幕。光既是一種波，也是一種粒子。是波還是粒子，在於你如何觀測。如果你要得到光的波動性，就做雙縫干涉實驗；如果你要得到光的粒子性，就用一個裝置來觀測電子的位置。

一切物質，你事先選定了某個角度去觀察它，它就表現出它的某種性質。事實上，它是各種不同的角度觀察結果的綜合體。

1921年，康普頓在試驗中證明了X射線的粒子性。1924年，德布羅意提出「物質波」假說，認為和光一樣，一切物質都具有波粒二象性。根據這一假說，電子也會具有干涉和衍射等波動現象，這被後來的電子衍射試驗所證實。

所以，波粒二象性，是一切物質共有的，一切物質都同時具備波的特質及粒子的特質。光和粒子都存在波粒二象性，只不過粒子的粒子性通常比光更明顯。而光的波長越短，粒子性越明顯。波粒二象性是量子力學中的一個重要概念。量子力學是一門奇妙的理論。它的許多基本概念、規律與方法都和經典物理的基本概念、規律和方法截然不同。

從前我們總以為我們可以研究一個客觀存在的世界，但量子力學告訴我們，我們對世界的認知不可能脫離觀察者與被觀察者之間的關係而獨立，我們研究的對象，是主體與客體互相的交涉，一定含有主觀成分在內。以前我們總把物理學看成是對客觀存在世界「真理」的一種發現，量子力學則認為，科學家發現的是現象，理論則是人的發明，任何理論本身都有其限制，不能宣稱是真理。

2011－9

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