5.电磁质量的波粒二象性.docx

电磁质量的波粒二象性

在量子理论中，把electricfield的Maxwell，sequation量子化后，发展为量子电动力学.目前量子电动力学对各种物理过程的理论计算和实验结果在很高精确度下相符，表明它有反映客观规律的正确性的一面.德布罗意天才预测到：“一束电子通过一个非常小的孔时会产生衍射现象，这也许可以证明我的观点.”爱因斯坦对于德布罗意的观点给予极高的赞誉，称之为“揭开了一幅大幕的一角.”

现代物理学的实验表明，电子、原子、分子、质子和中子等一切微观粒子都具有波粒二象性，而且其波长、频率、动量和能量都有德布罗意关系式联系起来了.苏联物理学家V.法布里康教授和他的同事们已完成了一个实验，在这个实验里观察到单电子的衍射.在微观世界例如电子，在云室里它象个粒子，但在晶格衍射时它又象是波；在双缝干涉实验中通过双缝时它象是波，而落在屏幕上时它又象粒子.数学上描述微观客体波粒二重性的实验事实是容易的.海森堡的矩阵力学，薛定谔的波动力学达到了近乎完美的程度，计算与实验的精确吻合也令人惊叹.1927年美国物理学家戴维逊、革末用电子束投射到镍单晶上，观察到和X射线照射同样的衍射现象.同年英国物理学家G•P•汤姆生通过快速电子穿过薄金属片，也观察到了衍射图样.他们的实验证实了德布罗意的假设.德布罗意讲：“我的研究始终围绕这样的思想，对于物质和辐射（尤其是光），必须同时引入粒子的概念和波的概念，即在任何情况下粒子的存在必然伴随着波动.因此，必须首先建立起粒子的运动和波动传播之间的对应关系.”笔者认为物质波通过电子的衍射验证进一步证明了电磁质量具有波粒二象性，中微子不具有电磁质量，应该观察不到衍射现象.

微观物体的波粒二象性是现代物理学中最令人感到困惑的现象，至今未能得到合乎逻辑的解释.目前大多数人似乎已经习惯于它，承认微观物体具有二象性，即是波又是粒子.然而波弥散于整个空间，粒子只占有很小的体积，波与粒子这两种图象在逻辑上是无法相容的.

为了解释波粒二象性，玻尔提出互补原理，认为对于微观粒子而言，波和粒子的图象是互补的.实验也充分表明在某些条件下微观物体显示出波动性，在另外一些实验条件下显示出粒子性，是波还是粒子取决于不同实验条件的选择.由于这两类实验条件不能同时存在，似乎在表面上回避了波粒二象性的矛盾.然而问题并没有这样简单，波粒二象性涉及到量子力学解释的本质问题，只要认为对微观粒子而言波和粒子的概念在逻辑上是对等的，现有量子力学解释中存在问题可能将永远无法消除.前苏联科学家瑞德尼克在他的《量子力学史话》一书中更是一针见血地指出：“今天，决定微观世界统一体的最深刻本质的全部问题，就是物理学所面临的尚未征服的山峰中的最高峰：物质的两种基本形式——实物（粒子）和场（波）——之间的相互关系.”爱因斯坦曾说过：‘科学的现代发展中所发生的最基本的问题之一是：怎样把物质和波这两种对立的观点统一起来.这是一个最基本的困难问题之一，一旦解决了，一定会导致科学的进展.’（《物理学的进化》）

爱因斯坦多次强调:物理学目前的局面是:有一些现象可以用量子论来解释，但不能用波动说来解释，光电效应就是这样一个例子“又有一些现象只能用波动说来解释而不能用量子论来解释，典型的例子是光遇到障碍物会弯曲的现象”还有一些现象，既可用量子论又可用波动说来解释，例如光的直线传播"我们以前曾经提出过:光到底是波还是一阵微粒?现在我们又问:电子是什么?是一阵粒子还是一阵波?电子在外电场或外磁场中运动时的行为像粒子，但在穿过晶体而衍射时的行为又像波"对于物质，我们又遇到了在讨论光时所遇到的同一困难".

爱因斯坦和玻尔们虽然接受了马赫的思想，但并未充分认识经验实践主义对形而上学对立性批判的伟大意义，他们挺枪跃马冲破了形而上学重围，却在最后一道壁障前止步，仍限于微观与宏观的对立.玻尔提出了互补原理（或称并协原理），认为微观粒子具有波粒二象性，波动性和粒子性不能同时在同一实验中表现出来，只能在互斥的两类实验中分别表现出来.玻尔的互补原理参考了中国的阴阳理论，玻尔认为太极图可以图示互补性，并把太极图作为自己的徽章.其实波粒二象决不能看作是波与粒两种孤立形式放在一起，也不能认为是此时为波，彼时为粒，它是一个不可分割的整体.从局部看为粒，从整体看为波、为场.

1926年德国物理学家玻恩提出物质波的某个地方的强度跟在该处粒子痴线几率成正比，物质波是一种几率波.量子力学认为宏观物体存在物质波，显然这与广义相对论是矛盾的，由于广义相对论反映了引力质量的物理特性，引力质量不具有波粒二象性，因此不能利用相对论解释波粒二象性，德布罗意的假设不适用于宏观物体，广义相对论的基础更加牢靠.现代物理学实验中观察的电子的物质波原因在于电子具有电磁质量，说明电磁质量具有波粒二象性，而非群体效应.