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微观世界:波粒二象性

2019年5月24日 字数:821 来源:scottcgi 作者: 提供人:sizhuo82......

一切微观粒子(包括电子、质子、中子,光子,甚至某些原子和分子),都具有波粒二象性,这表明微观粒子,既可以有连续的波动性,也可以有非连续的粒子性。

波动性,就是有波长和频率(包括波峰、波谷、相位等),以及会发生干涉和衍射效应。粒子性,就是有非连续(离散)的运动状态,比如任意时刻,有确定的空间位置和速度,而与其它粒子相互作用时,会表现出能量和动量的不连续性,并且不会发生干涉和衍射效应。

而波粒二象性是遵循互补原理的,即波动性与粒子性,在同一时刻是互斥的,不会在同一次测量中出现。所以,两者在描述微观粒子时就是互斥的——不会在实验中产生冲突。

也就是说,如果试图去观测获取粒子的粒子状态,则就会让粒子的波动性(干涉和衍射效应)消失。反之,如果粒子呈现了波动性(比如干涉效应),那么这时候粒子的粒子状态(位置和动量)就是不确定的。

事实上,波动性和粒子性是粒子不可分割的属性,并且有着如下的关联:

从宏观角度来看,波的波长越长频率越低,越呈现波动性,波的波长越短,频率越高,越呈现粒子性;而从微观角度来看,粒子的状态由波函数描述,既可以表现出像波干涉和衍射一样的叠加性,也可以以概率的形式表现出粒子的非连续性。

这里需要注意的是,粒子波动性的叠加性,并不是像宏观机械波那样的,是介质振动的相互叠加。而是波函数所描述的概率的叠加,也就是粒子可能出现的位置和动量性质的概率叠加。

也正因为此,波粒二象性与不确定性,其实是等价的。可以说,正是因为粒子有了波动性,才会让其呈现出了不确定性,并且观测就会让其波动性消失,转变为粒子性的确定性。

甚至,我们可以认为,任何物质(包括宏观)都有波动性,只不过波长越短——超级短,就无法呈现可观测的波动性了,转而表现出了粒子性。

最后,值得说明的是,波动性和粒子性,是实验中客观展现的性质,而不是本质,两者分别代表着不同的抽象模型,从不同的角度去解释微观粒子的状态特征,并且很明显这两种模型都是从宏观角度出发,进行的唯象形态描述。

那么,至于微观粒子真正的形态,目前科学上并没有统一的图像,只能进行不同角度侧写拼凑——如同盲人摸象,但可以想象,在更高的层次上,粒子的波粒形态必然又是统一的,因为它们是同一个共同的本质,所表现出来的可观测性质。

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