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趣谈“波粒二象性”

“波粒二象性”是量子力学的概念，听起来非常玄虚深奥，吓人

的很。我想试试看，能不能用最通俗的方法讲给文科生听？

一、宏观世界中，粒子是实物，波是能量

首先我们举最普通的例子，最常见的“波”无非是水波，一圈圈

的涟漪，越传越远。最常见的“粒子”就好比是乒乓球吧。一比较就

发现，波和粒子最大的不同，即“粒子”是实物，有直径，有硬度。

而“波”则不是实物，不是具体的可以分成一粒一粒的东西。也许你

会说，水波不就是水吗？不也是实物吗？不也可以分成一粒一粒的水

分子吗？

错了，水波并不是水本身，你只要把乒乓球扔进水波里就会发现，

它只随着水波在原地上下起伏，但并不能飘远。这说明虽然水波越传

越远，却并不是水分子越传越远，只是那个“波形”越传越远。

你看看麦浪就清楚了，麦浪也是一种波，风一刮，也像水波一样

可以越传越远，但麦子传出去了没有？没有，它只在原地上下点头。

而传出去的是什么？只是“波形”，这个东西才是“波”呢。

那么这个“波形”又是什么呢？就是能量。比如海浪就是一种水

波，地震激起的海啸可以造成巨大灾难，它其实就是把地震的巨大能

量通过水波传到了海岸上。又比如声波也是一种能量，巨大的噪音能

震破我们的耳膜，甚至震死人。超声波还能切削金属，都是靠的能量。

所以，这一下粒子和波的本质区别就得出来了，粒子是实物，而

波则是能量，它不是一粒一粒的，而是一大片，模模糊糊，空空如也

的一个能量场。比如我们知道的电磁波、引力波都是能量场。

能量场也能传播，也能运行，也有速度，但就是不能分成一粒一

粒，它只能以波的形式存在。

二、微观世界中既是粒子又是波

在我们周围的世界中，粒子和波是分得清清楚楚的。但到了微观

世界界限却显得模糊了，分不清了，同一个东西，既是波又是粒子，

非常奇怪。这就是所谓“波粒二象性”。

一开始发现波粒二象性，是“光”，牛顿认为“光”是粒子，因

为它能像子弹似的直线传播、反射。而惠更斯则认为“光”是波，因

为它能像水波、声波似的产生干涉、衍射。

我们拿子弹来比，子弹穿过木板上一个小洞之后，仍然直线飞行，

不会扩散开，而水波、声波穿过一个小洞之后，就会扩散开。

而光恰好既像子弹又像声波，光线穿过小洞时，的确，我们可以

看到它像子弹似的走直线。但当这小洞非常微小时，穿过去的光线就

能扩散，就不像子弹了。

也就是说，光就是典型的“波粒二象性”的东西，所以既可以叫

“光子”，表明它是粒子，也可以叫它光波，这又成波了。

其实电子、质子，等等，凡是微观粒子，全都是这样——既是粒

子又是波。

三、怎样知道粒子具有波性？

我们怎样检验一个东西是不是波？有个办法，那就是衍射。只要

是波一定存在衍射。

什么叫衍射？让一束波通过一个小孔，或者一个障碍，当小孔或

障碍的尺寸跟波长相近时，在后面的靶子上就会出现一些明暗相间的

复杂图样，这个原因稍微复杂一点儿，就不讲了，总之是波和波互相

干扰形成的。有衍射就一定是波。

我们以典型的粒子——子弹为例。我们打靶时，由于各种因素的

扰动，子弹不可能永远打在10环正中心，但打得多了，比如一千发，

一万发，就能看出弹着点均匀的分布在10环周围，越靠中心越密。

如果我们以电子为子弹来打靶，让电子也像光似的通过一个小孔

（即铜膜的晶格），再打在靶子上，它也不可能全部落在同一个点上，

也是散布在中心周围。但奇怪的是，这时它的弹着点并不均匀分布，

而是以靶心为中心，分布成环状，一圈一圈的，如果你用真子弹打靶，

永远不可能得到这种结果。

这就是微观粒子和宏观粒子的区别，那一圈一圈就叫做衍射环，

能打成这种图样，就说明它具有波动性。

当年牛顿和惠更斯为光的本性争得一塌糊涂，惠更斯就以这种实

验来反驳牛顿，搞得牛顿没脾气。

四、波和粒不过是表现方式，像粒子还是像波取决于频率

在宏观世界，粒子和波分得清清楚楚，但如果你要打破砂锅璺

（问）到底，电子、光子到底是波还是粒子？那只好回答你，粒子和

波都不是它的本质，只是在不同条件下的不同表现方式而已。这个条

件就是它的频率。

确切的说，频率越高就越像粒子，频率越低就越像波。

我们都知道，光波实际上不过是无线电波中的一段，也就是频率

比较高的无线电波，我们用肉眼可以看到的那一小段，从红光到紫光，

就叫可见光。

这个电磁波