傳統觀點往往將電子視為獨立的粒子,像一顆顆小玻璃球一樣存在。然而,當我們深入探討電子的本質,一個更為準確的描述浮現出來:電子本質上是波。
你可能對此感到困惑:在我們的教育體系中,電子不是既有粒子的特性又有波動的特性嗎?為何我僅將電子定義為波?
“波粒二象性”一詞常常被用來描述電子等微觀粒子的行為特性。這種現象使得電子似乎同時具有粒子和波的特性。然而,這只是描述電子行為的一個方法,并不是電子本質的全部。
在量子力學的理論中,我們從未聽說某個特定的粒子“既是粒子也是波”或“有時是粒子,有時是波”。量子力學告訴我們,電磁波與粒子并無必然聯系。只是科學家們發現,電磁波的能量是分立的,所以他們將電磁波的最小能量單位定義為光子。
量子,本質上,是描述物理量不可再分的基本單位。換句話說,量子并不是粒子,只是一種物理量的衡量尺度。
科學家們自量子力學誕生起,并沒有將量子化的波描述為粒子。電磁波的能量與振幅相關,既然能量是量子化的,那么波的振幅自然也是。
但問題是,振幅是如何量化的?早期的量子力學理論對此曾感到困惑。
科學家們猜想,那些看似固體的粒子,實際上可能是由不同類型的波通過互動形成的波的集合體,電子正是其中之一。其他如質子和中子等粒子,也是由更復雜的夸克波構成。
簡而言之,我們所見的世界,其實是由各種復雜波的相互作用構成的,與我們日常所見的光并沒有本質區別。
因此,“粒子”的概念實際上并不存在。
“粒子”一詞的出現,只是為了方便我們用經典物理學的視角理解“波”的概念。經典物理學的世界是由粒子構成的,所以用“粒子”來描述微觀世界的現象,對于我們來說更容易理解。
早期的物理學家們也在努力擺脫經典物理學的束縛,他們很難接受波可以表現出粒子特性的觀點。
然而,如果我們摒棄“粒子”的概念,而僅用“波”來描述微觀現象,問題就會變得簡單明了。
正如物理學家德布羅意所說,所有粒子都是波。德布羅意還提出了動量與波長之間的關系,為薛定諤方程的出現鋪平了道路。
薛定諤方程雖然復雜,但我們可以理解為,波函數是描述粒子可能出現的位置的概率密度,展現了粒子所有可能狀態的疊加。當我們測量粒子的具體位置時,波函數會突然塌縮,我們發現粒子的位置,是測量過程中波函數塌縮的結果。
“波粒二象性”一詞在很多情況下被誤解了。
實際上,波粒二象性主要展示的是“波動性”,所謂的“粒子性”只是波動性的特定條件下的表現。更為根本的屬性是波動性。
從物理學角度講,波函數實際上描述了“波粒二象性”在整個宇宙中的分布。我們不知道電子的確切位置,它可能出現在宇宙的任何地方。波函數則給出了電子在不同位置出現的概率。
因此,我堅持說電子是波,只能是波,而非粒子。
當我們試圖測量電子的位置時,電子的波函數會塌縮,我們于是“發現”電子出現在某個地方。很多人誤以為是我們的測量“撞擊”到了電子,實際上并非如此。
真實的情況是,測量并沒有將電子的波函數從“波”轉變為“粒子”,因為電子始終是波。測量只是讓電子從一個無處不在的波,變成了一個高度集中在某一點的波。
現代量子場論也支持這一觀點,所有基本粒子都是各自所在場的最低能級狀態。例如,光子是電磁場的激發態,而電子則是電子場的激發態。
也就是說,所有基本粒子本質上都是波,所謂的粒子只是波在特定條件下的表征。
波,才是最基本、最核心的存在形式。
一句話總結,電子不是粒子,而是波!


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