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光的简史43: 光具有波粒二象性 但这不是终极答案
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上回说到,电子既是粒子又是波。可是,这两种图像分明是互相排斥的,这种说法难道不自相矛盾吗? 不过,要相信福尔摩斯,更要相信玻尔,因为玻尔就是这样想的。毫无疑问,一个电子必须由粒子和波两种角度去作出诠释,任何单方面的描述都是不完整的。只有粒子和波两种概念有机结合起来,电子才成为一个有血有肉的电子,才真正成为一种完备的图像。没有粒子性的电子是盲目的,没有波动性的电子是跛足的。 玻尔认为,任何时候我们观察电子,它只能表现出一种属性,要么是粒子要么是波。但是,作为电子这个整体概念来说,它却表现出一种波与粒的二像性来,它可以展现出粒子的一面,也可以展现出波的一面,这完全取决于我们如何去观察它。我们想看到一个粒子,那好,让它打到荧光屏上变成一个小点。看,粒子!我们想看到一个波,也行,让它通过双缝组成干涉图样。看,波!” 奇怪,似乎有哪里不对,却说不出来……好吧,电子有时候变成粒子的模样,有时候变成波的模样,嗯,不错的变脸把戏。可是,撕下它的面具,它本来的真身究竟是个什么呢? 玻尔意味深长地说:“这就是关键!这就是你我的分歧所在了。电子的‘真身’?或者换几个词,电子的原型?电子的本来面目?这些都是毫无意义的名词,对于我们来说,唯一知道的只是每次我们看到的电子是什么。我们看到电子呈现出粒子性,又看到电子呈现出波动性,那么当然我们就假设它是粒子和波的混合体。我一点都不关心电子‘本来’是什么,我觉得那是没有意义的。事实上我也不关心大自然‘本来’是什么,我只关心我们能够‘观测’到大自然是什么。电子又是个粒子又是个波,但每次我们观察它,它只展现出其中的一面,这里的关键是我们‘如何’观察它,而不是它‘究竟’是什么。” 玻尔的话太玄妙了:电子是粒子还是波?那要看你怎么观察它。如果采用光电效应的方式观察,那么它无疑是个粒子;要是用双缝来观察,那么它无疑是个波。它本来到底是个粒子还是波呢?又来了,没有什么“本来”,所有的属性都是同观察联系在一起的,让“本来”见鬼去吧。 但是,一旦观察方式确定了,电子就要选择一种表现形式,它得作为一个波或者粒子出现,而不能再暧昧地混杂在一起。波和粒子在同一时刻是互斥的,但它们却在一个更高的层次上统一在一起,作为电子的两面被纳入一个整体概念中。 这就是玻尔的“互补原理”,它连同波恩的概率解释,海森堡的不确定性原理,三者共同构成了量子论“哥本哈根解释”的核心,至今仍然深刻地影响着我们对于整个宇宙的认识。 如此一来,电子都具有波动性了,光子就更不在话下了。量子世界的这种奇妙结合,就是大名鼎鼎的“波粒二象性”。至此,历时近300年的“波粒之争”,就以这样一种戏剧化的方式落下了帷幕。 然而,这虽然让人们如释重负,但并没有给人们带来多少胜利的喜悦。相反,许多人意识到,我们所作的实验仅仅是表现出粒子或波的特征,将光分类成粒子或波的失败,实际上是我们用经典语言描述比粒子或波更加深奥的现象的失败。 近百年来,对于“波粒二象性”这个新的困境,许多物理学家和哲学家都顽强地拼搏过,遗憾的是都无果而终。在一元二态物理看来,“波粒二象性”是限于当时科技和认识水平而被迫妥协的结果,这只是一个权宜之计,而不是一个终极的答案。 至此,本专集全部播完,谢谢大家的一路陪伴与支持。 接下来,将开播《涡的世界》专集。请跟随“一元二态物理”的视角,对《光的简史》进行考察取证、分析判断,一步一步地解开“光本性”这个千古之谜,从而揭开“波粒二象性”的神秘面纱,最终呈现给大家一个和谐完美的“涡的世界”。 欢迎大家持续关注与支持。
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