電子是粒子，電子也有波粒二象性？德布羅意：“萬物皆波”！

說到波粒二象性，很多人首先會想到的或許就是光。光具有波粒二象性，光是電磁波，但也具有粒子特性，愛因斯坦的光電效應(yīng)已經(jīng)驗證了這點，而愛因斯坦也因為發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。

何為“光電效應(yīng)”？簡單講，如果光僅僅是波，它就不可能把電子從金屬表面撞擊出來，只有光像離散的光子包，才可能從金屬表面把電子撞出來，而光子包其實就是光的粒子性。

愛因斯坦發(fā)現(xiàn)的光電效應(yīng)，初步確定了光的波粒二象性，讓“光到底是粒子還是波”的爭論暫時告一段落。

但是接下來更大的問題出現(xiàn)了：是否只有光擁有波粒二象性？微觀粒子是否同樣擁有這種特性呢？

物理學(xué)史上一個非常重要的實驗徹底改變了人們對世界的認(rèn)知，甚至讓我們自認(rèn)為真實的世界突然變得“模糊”起來！

這就是著名的電子雙縫干涉實驗。

電子是粒子，這是20世紀(jì)初科學(xué)界的普遍認(rèn)知。但是電子雙縫干涉實驗徹底顛覆了當(dāng)時的科學(xué)界傳統(tǒng)認(rèn)知。

實驗大致是這樣的。人類科技的不斷發(fā)展，科學(xué)家已經(jīng)擁有了單獨操控單個電子的能力，于是他們就做了這樣的實驗：讓電子一個一個地通過狹窄的雙縫，按照傳統(tǒng)思維，電子是粒子，只能通過其中一條縫隙，而且在后面的屏幕上應(yīng)該只會留下一條明亮條紋。

但結(jié)果出乎了所有人的意料，屏幕上出現(xiàn)了多條干涉條紋，這意味著什么？意味著電子表現(xiàn)出了波的特性，只有波動性才會出現(xiàn)這樣的干涉條紋。

更為奇怪的是，科學(xué)家是一個一個發(fā)射電子的，單個電子怎么能同時穿過兩條縫然后自己與自己發(fā)生干涉呢？

于是，科學(xué)家就想看看單個電子是如何通過雙縫的，以及通過雙縫后在后面的屏幕上會呈現(xiàn)怎樣的狀態(tài)。

接下來就發(fā)生了讓人“毛骨悚然”的事情了。當(dāng)科學(xué)家用儀器觀測電子的行為時，屏幕上的多條干涉條紋神奇地消失了，電子“乖乖地”表現(xiàn)出離子性。而一旦科學(xué)家不再觀測電子的行為，干涉條紋又出現(xiàn)了，電子又表現(xiàn)為波動性。

這樣的實驗結(jié)果震驚了當(dāng)時的科學(xué)界，太違反人們的直覺了，但實驗結(jié)果擺在那里，是如此的真實，如此的震撼！

到底該如何解釋？

著名物理學(xué)家德布羅意在1924年提出了“物質(zhì)波”的概念。何為“物質(zhì)波”？簡單說，萬物都有波動性，都有一定的波長。這看似荒謬的“物質(zhì)波”理論其實一點也不荒謬。

德布羅意給出了波長公式：λ＝h/ p，公式中h是普朗克常數(shù)，非常小的數(shù)值，只有6.626X10^(-34) ，p是物質(zhì)的動量。

通過公式可以看出，物體的動量越大（或者說質(zhì)量越大），能量越大，德布羅意波的波長就越小。這也是為什么我們所在的宏觀世界實際上不可能感知到物體的波動性，因為宏觀世界的物體質(zhì)量都太大了（當(dāng)然是相對于微觀世界）。

舉個例子，一個質(zhì)量只有0.1千克的小球以1米每秒的速度運動，那么這個小球的德布羅意波只有6.6*10^（-33）m，如此微小的波長不要說人眼去感知了，人類最精密的儀器也測量不出來。所以我們在宏觀世界感受到的只有物體的粒子性。

再回到上面的電子雙縫干涉實驗，這個實驗并不是隨便就可以做的，有一個重要前提：只有當(dāng)微觀粒子的波長與狹縫的寬度大致相當(dāng)時，微觀粒子才會表現(xiàn)出明顯的波動性。

如果你想用宏觀世界的物體做類似“電子雙縫干涉”這樣的實驗（比如說上面所說的質(zhì)量為0.1千克的小球），意味著你需要把狹縫的寬度控制在6.6*10^（-33）m左右，目前人類技術(shù)遠遠達不到這種精度。

但是電子的波長相對來說就很大了，這是因為電子質(zhì)量很小速度很快，人類科技可以設(shè)計出讓電子表現(xiàn)出波動性的狹縫。

德布羅意的“物質(zhì)波”概念徹底改變了人們對世界的傳統(tǒng)認(rèn)知。本質(zhì)上來講，你我，甚至整個宇宙都具有“波粒二象性”，你我都有波動性，只不過這種波動性太微乎其微了，現(xiàn)實中可以忽略不計。

但純理論上分析，只要有波動性，就擁有波的一切特性，這意味著萬事萬物的位置都不是絕對確定的，一塊在地面上靜止不動的石頭看似靜止的，其實石頭的位置是不確定的，因為它有波動性。

你我的位置也是不完全確定的。比如你躺在床上進入夢鄉(xiāng)，一動不動，但你可能“無處不在”，甚至可能在月球上或其他任何地方，你的位置只能用概率來描述，只不過你躺在床上的概率最高，當(dāng)然概率高到讓其他概率可以忽略不計！

從這點來講，愛因斯坦反擊波爾時所說的“不看月亮?xí)r，月亮就不存在嗎？”，答案可能是這樣的：不看月亮?xí)r，月亮一定存在，但有可能真的不在那里（當(dāng)然是純理論分析），可能在別的任何地方！因為月亮也具有波動性，我們不能完全確定月亮的位置。當(dāng)然月亮的波動性就更低了。

宇宙為何擁有如此奇妙的現(xiàn)象？萬物的這種“波動性”似乎讓世界更加混亂，甚至失去了意義，但正如德格拉斯·泰森所說：宇宙沒有義務(wù)對我們有意義！

或許宇宙本身就無所謂“意義”，它就是這樣存在著，總是讓人捉摸不透！