波粒二象性是指微观粒子同时展现出波动与粒子两种行为特性的物理现象,它从根本上挑战了源于宏观世界的经典直觉与常识理解。
Davisson-Germer实验却表明,光既像粒子那样活动,又像波那样活动。
是的,我们的确得把这些实验事实接受下来,把它们称作“粒子波”,称作“波粒二象性”。但我们能够把一样东西同时看作波和粒子吗?
量子力学决然无可争辩地向我们表明:当我们注意的焦点逐步收拢到微观世界的时候,对我们理解熟悉的日常世界具有本质意义的许多基本概念就不再有任何意义。
展开阐述
波粒二象性是量子力学的核心概念,颠覆了经典物理学中粒子与波的截然区分。
历史背景
在经典物理学中,关于光的本质,粒子说和波动说曾长期对立。19世纪初托马斯·杨的双缝实验揭示了光的干涉现象,有力地支持了波动说。然而近一百年后,爱因斯坦对光电效应的解释又重新导向了光的粒子说。这种矛盾最终由Davisson-Germer等实验解决,实验表明,微观粒子(如光子、电子)的行为无法用单一的经典图景描述,而是兼具两种特性。
核心内涵
波粒二象性体现在,微观粒子在某些情境下表现出粒子的特性(如具有确定的动量和位置),而在另一些情境下则表现出波的特性(如干涉和衍射)。例如,在双缝实验中,即使单个光子逐一发射,最终在屏幕上形成的图案也呈现出干涉条纹,仿佛每个光子都同时通过了两个缝隙并与自身发生了干涉,这是典型的波动行为。
深远影响
这一概念的提出,是实证科学为解释实验事实而创立“很难或无法得到自然理解的概念”的典型范例。它揭示了微观世界运行方式的“违背常理”,并促使物理学接受一个事实:在原子和亚原子尺度上,许多日常世界的基本概念不再适用。这迫使科学家必须依赖高度抽象的数学语言来描述物理实在,也加深了科学世界与常识世界的隔阂。因为即使是顶尖的物理学家也承认,从自然语言和直觉层面,“世上没有人懂得量子力学”。