#讀書筆記·科普#一切物質都具有波粒二象性
2014-11-05 @開心的天蒔 開券有益讀書平臺
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物件。
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裡馬第提出了“光的衍射”這一概念， 成為光的波動學說最早的宣導者。
兩派都曾成功地證明了自己的觀點。 十九世紀初， 湯瑪斯·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，
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