波粒二象性

波粒二象性

波粒二象性是這樣一個發現:光與物質都拒絕乖乖地裝進經典物理所提供的那兩個盒子中的任何一個。一束光既能像池塘上的漣漪那樣鋪展開來、發生干涉,又會以一份份微小而不可分割的能量——稱為光子——的形式抵達。長久以來被想像成小球的電子,也能像波一樣發生繞射、形成干涉圖樣。無論是純粹的「波」圖景,還是純粹的「粒子」圖景,都不是全部真相。

誠實的讀法不是說電子時而是波、時而是粒子,彷彿它在換裝。毋寧說,它是一種量子客體,舊有的詞語只能部分地刻畫它的行為。哪種描述看起來適用,取決於你選擇測量什麼:提一個波式的問題,比如它如何干涉,你就得到一個波式的答案;提一個粒子式的問題,比如它落在哪裡,你就得到一個單一的、局域的落點。

量子力學這樣化解張力:用一個平滑演化、波動般的波函數來描述客體,而探測這一動作則給出一個離散的、粒子般的結果,其機率由那個波函數所確定。因此二象性與其說是佯謬,不如說是一個信號——微觀尺度上的自然界確實是第三類東西,「波」與「粒子」不過是人類兩個各有侷限的比喻。

spreads & interferes like a wave · detected in discrete lumps like a particle

同一個量子客體,對波式的問題給一種答案,對粒子式的問題給另一種答案。

說電子「同時既是波又是粒子」是有誤導性的。波函數是一種機率幅,而不是在空間中晃蕩的物理波;把這個客體稱作粒子或波,只是挑出某個特定實驗所揭示的是它哪一面的行為。

又稱
wave–particle duality二象性