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“波粒二象性”是量子力學(xué)的概念，聽(tīng)起來(lái)非常玄虛深?yuàn)W，嚇人的很。我想試試看，能不能用最通俗的方法講給文科生聽(tīng)？
一、宏觀世界中，粒子是實(shí)物，波是能量
首先我們舉最普通的例子，最常見(jiàn)的“波”無(wú)非是水波，一圈圈的漣漪，越傳越遠(yuǎn)。最常見(jiàn)的“粒子”就好比是乒乓球吧。一比較就發(fā)現(xiàn)，波和粒子最大的不同，即“粒子”是實(shí)物，有直徑，有硬度。而“波”則不是實(shí)物，不是具體的可以分成一粒一粒的東西。也許你會(huì)說(shuō)，水波不就是水嗎？不也是實(shí)物嗎？不也可以分成一粒一粒的水分子嗎？
錯(cuò)了，水波并不是水本身，你只要把乒乓球扔進(jìn)水波里就會(huì)發(fā)現(xiàn)，它只隨著水波在原地上下起伏，但并不能飄遠(yuǎn)。這說(shuō)明雖然水波越傳越遠(yuǎn)，卻并不是水分子越傳越遠(yuǎn)，只是那個(gè)“波形”越傳
越遠(yuǎn)。
你看看麥浪就清楚了，麥浪也是一種波，風(fēng)一刮，也像水波一樣可以越傳越遠(yuǎn)，但麥子傳出去了沒(méi)有？沒(méi)有，它只在原地上下點(diǎn)頭。而傳出去的是什么？只是“波形”，這個(gè)東西才是“波”呢。
麥浪也是一種波
那么這個(gè)“波形”又是什么呢？就是能量。比如海浪就是一種水波，地震激起的海嘯可以造成巨大災(zāi)難，它其實(shí)就是把地震的巨大能量通過(guò)水波傳到了海岸上。又比如聲波也是一種能量，巨大的噪音能震破我們的耳膜，甚至震死人。超聲波還能切削金屬，都是靠的能量。
聲音的傳播
所以，這一下粒子和波的本質(zhì)區(qū)別就得出來(lái)了，粒子是實(shí)物，而波則是能量，它不是一粒一粒的，而是一大片，模模糊糊，空空如也的一個(gè)能量場(chǎng)。比如我們知道的電磁波、引力波都是能量場(chǎng)。
能量場(chǎng)也能傳播，也能運(yùn)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、微觀世界中既是粒子又是波
在我們周?chē)氖澜缰校?b>粒子和波是分得清清楚楚的。但到了微觀世界界限卻顯得模糊了，分不清了，同一個(gè)東西，既是波又是粒子，非常奇怪。這就是所謂“波粒二象性”。
一開(kāi)始發(fā)現(xiàn)波粒二象性，是“光”，牛頓認(rèn)為“光”是粒子，因?yàn)樗芟褡訌椝频闹本€傳播、反射。而惠更斯則認(rèn)為“光”是波，因?yàn)樗芟袼?、聲波似的產(chǎn)生干涉、衍射。
我們拿子彈來(lái)比，子彈穿過(guò)木板上一個(gè)小洞之后，仍然直線飛行，不會(huì)擴(kuò)散開(kāi)，而水波、聲波穿過(guò)一個(gè)小洞之后，就會(huì)擴(kuò)散開(kāi)。
而光恰好既像子彈又像聲波，光線穿過(guò)小洞時(shí)，的確，我們可以看到它像子彈似的走直線。但當(dāng)這小洞非常微小時(shí)，穿過(guò)去的光線就能擴(kuò)散，就不像子彈了。
也就是說(shuō)，光就是典型的“波粒二象性”的東西，所以既可以叫“光子”，表明它是粒子，也可以叫它光波，這又成波了。
其實(shí)電子、質(zhì)子，等等，凡是微觀粒子，全都是這樣——既是粒子又是波。
三、怎樣知道粒子具有波性？
我們?cè)鯓訖z驗(yàn)一個(gè)東西是不是波？有個(gè)辦法，那就是衍射。只要是波一定存在衍射。
什么叫衍射？讓一束波通過(guò)一個(gè)小孔，或者一個(gè)障礙，當(dāng)小孔或障礙的尺寸跟波長(zhǎng)相近時(shí)，在后面的靶子上就會(huì)出現(xiàn)一些明暗相間的復(fù)雜圖樣，這個(gè)原因稍微復(fù)雜一點(diǎn)兒，就不講了，總之是波和波互相干擾形成的。有衍射就一定是波。
我們以典型的粒子——子彈為例。我們打靶時(shí)，由于各種因素的擾動(dòng)，子彈不可能永遠(yuǎn)打在10環(huán)正中心，但打得多了，比如一千發(fā)，一萬(wàn)發(fā)，就能看出彈著點(diǎn)均勻的分布在10環(huán)周?chē)?，越靠中心越密?/font>
如果我們以電子為子彈來(lái)打靶，讓電子也像光似的通過(guò)一個(gè)小孔（即銅膜的晶格），再打在靶子上，它也不可能全部落在同一個(gè)點(diǎn)上，也是散布在中心周?chē)５婀值氖牵?strong>這時(shí)它的彈著點(diǎn)并不均勻分布，而是以靶心為中心，分布成環(huán)狀，一圈一圈的，如果你用真子彈打靶，永遠(yuǎn)不可能得到這種結(jié)果。
衍射環(huán)
這就是微觀粒子和宏觀粒子的區(qū)別，那一圈一圈就叫做衍射環(huán)，能打成這種圖樣，就說(shuō)明它具有波動(dòng)性。
當(dāng)年牛頓和惠更斯為光的本性爭(zhēng)得一塌糊涂，惠更斯就以這種實(shí)驗(yàn)來(lái)反駁牛頓，搞得牛頓沒(méi)脾氣。
四、波和粒不過(guò)是表現(xiàn)方式，
像粒子還是像波取決于頻率
在宏觀世界，粒子和波分得清清楚楚，但如果你要打破砂鍋璺（問(wèn)）到底，電子、光子到底是波還是粒子？那只好回答你，粒子和波都不是它的本質(zhì)，只是在不同條件下的不同表現(xiàn)方式而已。這個(gè)條件就是它的頻率。
確切的說(shuō)，頻率越高就越像粒子，頻率越低就越像波。
我們都知道，光波實(shí)際上不過(guò)是無(wú)線電波中的一段，也就是頻率比較高的無(wú)線電波，我們用肉眼可以看到的那一小段，從紅光到紫光，就叫可見(jiàn)光。
這個(gè)電磁波序列，從低頻到高頻是這樣的：長(zhǎng)波、中波、短波、超短波、微波、紅外光、可見(jiàn)光、紫外光、倫琴射線（X光）、γ射線。
頻率越低的電磁波（長(zhǎng)短波等等）就越表現(xiàn)出波的樣子，散成一大片，頻率越高，則定向性越好，如γ射線，就表現(xiàn)得像粒子，所以我們也叫做γ光子，好像一粒一粒的子彈似的，能定向發(fā)出細(xì)束，能量集中，所以才那么厲害，甚至可以叫做γ刀，能切肉切血管。
其實(shí)聲波也是這樣，低頻聲波能量就低，而高頻，比如超聲波，能量就非常高，可以燒開(kāi)水，洗零件，甚至可以切削鋼鐵。
五、說(shuō)到底粒和波就是能量的聚和散
頻率高意味著什么？就是能量高?；玖Ｗ拥哪芰坑幸粋€(gè)著名公式
E＝hμ 或 E＝mc^2
文科生別一見(jiàn)公式就害怕，就躲避，這個(gè)公式是最最簡(jiǎn)單的，不過(guò)是三個(gè)物理量的比例關(guān)系而已。在前面那個(gè)公式中，其中E是能量，h是個(gè)常數(shù)，μ就是光的頻率，也就是說(shuō)，粒子的能量與它的頻率成正比，頻率越高，能量就越高，也就越像個(gè)粒子。
或者這么說(shuō)，粒子就是能量的集中，而波就是能量的發(fā)散。打個(gè)不恰當(dāng)?shù)谋确剑缶o拳頭就是能量的集中，一拳能打死人，伸開(kāi)巴掌就是能量的分散，一巴掌扇過(guò)去只能聽(tīng)個(gè)響聲，那就是波——聲波。
后面那個(gè)公式就是著名的質(zhì)能關(guān)系式，前面是能量，后面是粒子的質(zhì)量乘以光速的平方。
從這個(gè)公式可以看出來(lái)，任何一個(gè)小小的粒子，一點(diǎn)兒質(zhì)量，里面都蘊(yùn)藏著大量能量，因?yàn)樗艘怨馑俚钠椒?，那?shù)字就大得不得了。我們熟知的巨大的核能其實(shí)只是這個(gè)能量的一點(diǎn)點(diǎn)零頭，只取出來(lái)這么一點(diǎn)兒就嚇?biāo)廊肆恕?/font>
現(xiàn)在我們就看出來(lái)了，什么叫質(zhì)量？其實(shí)就是能量的濃縮。所以每顆“粒子”其實(shí)就是一小粒高度濃縮的能量包，把它打開(kāi)，撒出去成一大片，就成了波，也就是能量場(chǎng)，比如電磁波。
我們前面說(shuō)，粒子是實(shí)物，而波是能量，在宏觀上可以這么說(shuō)，到了微觀就不完全準(zhǔn)確了。準(zhǔn)確地說(shuō)，粒子只是把能量集中到一個(gè)點(diǎn)上，藏起來(lái)了，而波不過(guò)是把能量表現(xiàn)出來(lái)了。
原子彈的“炸藥”是鈾，裝在彈體內(nèi)時(shí)，就那么一小塊。但一爆炸就厲害了，其實(shí)并不是全部質(zhì)量都變成能量，在這個(gè)裂變過(guò)程中，只是其中的一小點(diǎn)兒質(zhì)量變成了能量，就大得炸平了廣島。其中變掉的那點(diǎn)兒質(zhì)量就叫做“質(zhì)量虧損”，也就是說(shuō)，只須把質(zhì)量“虧損”掉一點(diǎn)兒，變成能量，就足以排山倒海，把人體瞬間化為原子。
到現(xiàn)在我們才完全鬧清楚了，對(duì)微觀粒子來(lái)說(shuō)，所謂波粒二象性，其實(shí)不過(guò)是它的兩種表現(xiàn)而已，這些基本粒子的本質(zhì)到底是什么？其實(shí)就是能量。把能量濃縮起來(lái)就表現(xiàn)為粒子，把能量鋪開(kāi)來(lái)，放出去，就是波。所謂波粒二象性就這么簡(jiǎn)單。
見(jiàn)聞?dòng)X知本非塵，識(shí)海波生自味身。
狀似碧潭冰沫覆，靈王翻作客中賓。
