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一切物质都具有波粒二象性

2014-09-11 15:35阅读：

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一切物质都具有波粒二象性

波和粒子，是经典力学的两类研究对象。波动是物质运动的形式，粒子则是物质的最小组成部分，一虚一实，是完全不同的两回事。
光是波还是粒子？
在到十八世纪为止的大多数理论中，光被描述成由无数微小粒子组成的物质。持这一观点科学家以牛顿为首。牛顿还把他的物质微粒观推广到了整个自然界。
1655年，意大利波仑亚大学的数学教授格里马第提出了“光的衍射”这一概念，成为光的波动学说最早的倡导者。
两派都曾成功地证明了自己的观点。十九世纪初，托马斯·杨
和菲涅尔的实验清晰地证实了光的干涉和衍射特性，到1850年左右，光的波动理论已经完全被学界接受。而1887年，德国科学家赫兹发现光电效应，又再一次证明了光的粒子性。
1905年，爱因斯坦提出，光波本身就不是连续的而具有粒子性，他将之称为光量子。他在德国《物理年报》上发表了题为《关于光的产生和转化的一个推测性观点》的论文，认为对于时间的平均值，光表现为波动；对于时间的瞬间值，光表现为粒子。这是历史上第一次揭示微观客体波动性和粒子性的统一，即波粒二象性。1921年，爱因斯坦因此获得了诺贝尔物理学奖。
于是，光的波动说与微粒说之争以“光具有波粒二象性”而落下了帷幕。光既是一种波，也是一种粒子。是波还是粒子，在于你如何观测。如果你要得到光的波动性，就做双缝干涉实验；如果你要得到光的粒子性，就用一个装置来观测电子的位置。
一切物质，你事先选定了某个角度去观察它，它就表现出它的某种性质。事实上，它是各种不同的角度观察结果的综合体。
1921年，康普顿在试验中证明了X射线的粒子性。1924年，德布罗意提出“物质波”假说，认为和光一样，一切物质都具有波粒二象性。根据这一假说，电子也会具有干涉和衍射等波动现象，这被后来的电子衍射试验所证实。
所以，波粒二象性，是一切物质共有的，一切物质都同时具备波的特质及粒子的特质。光和粒子都存在波粒二象性，只不过粒子的粒子性通常比光更明显。而光的波长越短，粒子性越明显。波粒二象性是量子力学中的一个重要概念。量子力学是一门奇妙的理论。它的许多基本概念、规律与方法都和经典物理的基本概念、规律和方法截然不同。
从前我们总以为我们可以研究一个客观存在的世界，但量子力学告诉我们，我们对世界的认知不可能脱离观察者与被观察者之间的关系而独立，我们研究的对象，是主体与客体互相的交涉，一定含有主观成分在内。以前我们总把物理学看成是对客观存在世界“真理”的一种发现，量子力学则认为，科学家发现的是现象，理论则是人的发明，任何理论本身都有其限制，不能宣称是真理。
2011－9

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