01.波粒二象性概述

波粒二象性（wave-particle duality）是量子力学中的一个基本概念，指的是微观粒子,如光子、电子等，在某些条件下表现出波动性质，在其他条件下则表现出粒子性质。即微观粒子同时具有波和粒子的双重特性，并且在不同条件下表现出不同的行为。这一概念挑战了经典物理学中波和粒子的严格区分，表明在微观尺度上，物质和辐射具有更为复杂的性质。这一发现给物理学领域带来了一场革命，它不仅改变了物理学的基础理论，也直接改变了我们理解物质世界本质的理念

下图：左边粒子，右边波的典型图像。

02.波粒二象性的历史背景

波粒二象性的概念起源于对光的本质的探讨。

在17世纪，关于光的本质存在两种主要的观点：微粒说和波动说。

牛顿是微粒说的代表人物，他认为光是由微小的粒子组成的，这些粒子沿直线传播。微粒说能够很好地解释光的直线传播和反射现象。而惠更斯则提出了光波动说，他认为光是一种在介质中传播的波。惠更斯原理可以给出波的直线传播与球面传播的定性解释，并且推导出相关的定律，但他无法解释光的衍射现象。

03. 波和粒子的两个著名试验

（一）19世纪初，托马斯·杨的双缝干涉实验提供了光波动性的强有力证据，最经典的现象是当把一个光子发射通过双缝时，在后面的屏上也表现出了波典型的特性：干涉。这表明粒子具有波动性质。

（然而，当尝试测量通过哪个缝隙时，干涉图样消失，粒子表现出粒子性质。这个实验展示了观测对量子系统的影响。这已经属于量子力学的范畴，我们在这里不多说，后期会更新专门做阐释。）

（二）爱因斯坦在1905年提出的光电效应解释则表明光也具有粒子性质，即光子。

光电效应的发生条件与光的频率（或能量）和物质的特性有关。只有当光的频率超过物质中电子的逸出功时，才会发生光电效应，产生光电子。

当光束照射到物质表面时，光子被物质中的电子吸收。吸收光子后的电子获得能量并被激发到更高的能级。当被光子激发的电子再回到较低能级的过程中，释放出能量，并以光电子的形式出现。在这个试验中不管是光子、电子还是光电子都表现出的是粒子的行为，即表明物质在微观层面上是一种粒子。

这一光电效应的直接回报是，1921年爱因斯坦获得“诺贝尔物理学奖”。尽管这个理论为爱因斯坦带来了丰厚的奖金，但是相对比较狭义/广义相对论在学界给他带来的深远地位，这一发现简直不值一提。狭义/广义相对论只所以没有获诺贝尔奖，并不是它们没有获奖的资格，恰恰相反，是因为他们太有资格获奖，以致于评委们没人敢判定这个理论是正确的，它们需要包括物理学界、宇宙学界各界专家们，历经多年的实践与验证才敢定论，也许还需要时间的沉淀。

04.德布罗意的物质波假说

1924年，路易·德布罗意提出了一种革命性的假说，即所有物质都具有波粒二象性，不仅光子，电子等微观粒子也具有这种性质，即“物质波”。这一假说后来通过电子衍射实验得到了验证。但是这里没有图片，因为我还没有系统的理解“物质波”的原理和概念，以及它的试验过程和现象，所以我没有能力筛选百度中的大数据图片，所以先欠着，等我彻底学会了，专门写一篇。。。

05.康普顿效应

能证明光的粒子性质的理论，还有一个康普顿试验。

康普顿效应是指当X射线或γ射线与物质相互作用时，散射光的波长会发生变化的现象。康普顿效应可以用光子与电子的弹性碰撞来解释，这表明光子具有粒子的动量和能量，进一步证明了光的粒子性。但是也很可惜，我没有学会，也只是知道有这么个理论，所以也欠着，等我彻底学会了，也专门写一篇。。。

06.波粒二象性的现代理解

在量子力学框架下，波粒二象性意味着微观粒子的行为不能简单地用经典物理学中的波或粒子概念来描述。粒子的波动性质可以通过其波函数来描述，波函数的平方给出了粒子在空间中出现的概率分布。这种概率性质是量子力学区别于经典物理学的一个关键特征。

量子力学中的许多理论和模型都是基于波粒二象性建立起来的。例如，薛定谔方程中的波函数描述了微观粒子的状态，它是波粒二象性的数学体现。

波粒二象性是量子力学的核心概念之一，也是理解微观世界的基础。它揭示了自然界在微观尺度上的奇异行为，挑战了我们的直觉，并推动了科学技术的发展。通过不断的实验和理论研究，科学家们继续深入探索这一神秘现象，以期更好地理解宇宙的基本法则。

07.新观点：波动性是更本质的特性

近年来，一些科学家提出了新的观点，认为所谓的“粒子性”仅是特定条件下“波动性”的体现，“波动性”才是更本质的特性。在量子力学的世界里，并无所谓的“粒子”这一说。早期科学家们在构建与光电效应和黑体辐射相关的量子理论时，电磁波与粒子本无瓜葛。爱因斯坦证明了电磁波的能量确实能以离散方式出现，但他并未提及这些离散的单位就是粒子。

从波函数的角度来看，波函数是平滑的空间函数，它描述了“波粒二象性”在整个宇宙的分布。波函数无法直接告诉你微观粒子的确切位置，而是表示在特定位置测量到粒子的概率密度。当我们试图测量微观粒子的位置时，波函数会崩溃或者叫做波函数的坍缩，于是我们就在该位置发现了“粒子”。但实际上，微观粒子始终是波，仅是波，在探测过程中并没有真正地变为“粒子式”的行为，它始终延续着波动的本性。

08.在技术领域的应用

波粒二象性在现代技术领域有着广泛的应用。

例如，电子显微镜就是利用了电子的波动性，通过电子的衍射现象来成像，能够提供比光学显微镜更高的分辨率。此外，量子通信、量子计算等新兴技术也都与波粒二象性密切相关。波粒二象性的研究为这些技术的发展提供了理论支持，推动了科技的进步。

最后，这一篇就到这里，我们下一篇再说有关“波粒二象性”给我们带来的哲学思考，我觉得有必要写一篇，即使看不懂也应该看看。。。人对新鲜事物的追求，和对神秘事物的好奇，是与生俱来的，在我看来，这世上没有什么比去探索宇宙，寻觅看不见世界的真相更加值得花费时间。

关键词：波粒二象性；波动性；粒子性；量子力学。

图片来源：百度图片。

参考文献：

1.《量子物理史话：上帝掷骰子吗？》 作者：曹天元。

以生动有趣的语言，深入浅出地讲述了量子物理的发展历程，其中包含了波粒二象性从提出到被广泛接受的详细过程，以及与之相关的重要实验和理论，是了解波粒二象性历史背景和科学原理的优秀科普读物。

2.《费曼物理学讲义（第三卷）》 理查德·费曼 著。

该卷主要聚焦于量子力学内容。书中对波粒二象性进行了深入且细致的探讨，通过丰富的实例和独特的讲解方式，帮助读者理解微观世界中粒子和波的奇妙特性，是学习量子力学和波粒二象性理论的经典教材。

3.《原子物理学》 这是众多高校物理专业使用的教材，系统地阐述了原子结构、原子光谱以及相关的量子物理知识。书中对光电效应、波粒二象性等概念进行了严谨的理论推导和实验分析，适合有一定物理基础的读者深入学习波粒二象性的理论和应用。

4.《时间简史》 斯蒂芬·霍金。

这部著作不做过多解释，是多个学科的必读之书。。。强推。。。多看几遍你一定大有收