光是波还是粒子,牵动了量子力学出现前从牛顿开始的物理学界几乎所有的牛派泰斗,到出现量子力学时,更是火上加油,连电子和一切微观粒子都被拉下了水,都成了波-粒大战的对象。
这很可怕!
当只是争论光时,我们还好受些,那就去争论光吧。但当把所有的微观粒子拉下水后,我们的处境就极其不妙了。我们这个世界的一切物质包括我们自己都是这些微粒组成的,如果组成我们的粒子是波,我们是什么?
我们就以电子为例。玻尔的电子跃迁,原子里的光谱,海森堡的矩阵力学的不连续性,更有电子通过狭缝打到感光屏幕上的小点,都说明电子是个粒子。但薛定谔的波动力学的连续性,还有电子在双缝实验中形成的干涉条纹,又都说明电子是波。
那么,电子到底是粒子还是波?你怎么看,电子都没法不是个粒子;你怎么看,电子都没法不是波。在这里,我们陷入了绝境。而波-粒大战又打得不可开交。
这时,天才的玻尔出手了。
他认为,既然电子没法不是个粒子,既然电子没法不是波,那么只有一种可能性,那就是:电子既是粒子,同时又是波!很简单,这就是玻尔提出的微观粒子的“互补原理”。
问题是,你不认为玻尔的说法过分吗?你能理解电子既是粒子,同时又是波这样的图像吗?粒子是硬棒棒的实体,波是一片难以琢磨的彩云般的幽灵,这能统一吗?
实际上波尔是在海森堡发现了微观粒子的不确定性原理后,逐渐发现了了这个惊世骇俗的互补原理。玻尔敏锐地意识到海森堡的不确定性原理,不光是在讨论不能同时确定粒子的动量和位置的问题,其背后隐藏着更加秘密,更加深远的意义。也就是说不确定性原理是个根本的普适的原理,在电子的动量和位置那里,一个量出现的越清晰,另外一个量就越模糊,此消彼长,不共戴天,又不可分离。在电子的波-粒两种特性方面,也是遵循不确定性原理,电子的粒子性越清晰,电子的波特性就越模糊,反之亦然,他们不共戴天,又不可分离,互补互存使得电子的特性成为完整。
继续,玻尔的思想是:电子在没有观察时是处于粒子性和波动性的一个混合叠加状态,而电子要表现出粒子性还是波动性,完全取决于我们想看到什么,也就是我们的测量方式。你要看到粒子性,就把电子打到荧光屏上,你就看到一个小点,你看到了粒子。如果你要看电子是波,也成,让电子通过双缝,你就看到了干涉图样,你看到了波。
这时候你可能要说,玻尔同学,你别给我这样胡搅蛮缠,照你说的,电子就是个幽灵,一会是粒子,一会儿又是波,完全取决于我们的观察方式,没有一个客观实在。你倒是告诉我,电子到底根本是什么吧,我不想跟你泡蘑菇。
玻尔的回答会使得你很愤怒,很想发疯。
玻尔的观点是:电子本来就没有一个客观实在,就是个幽灵,就是粒子性和波动性叠加起来的一个混合态幽灵。那种特性出现就是取决于我们的观察,而“电子真正的客观实在是什么”这样的提法根本就没有意义,我们的观察决定了电子是粒子还是波。
或许你认为玻尔这家伙肯定是疯了,这样的思维怎么能搞科学。但是,且慢下这样的结论,我来举个简单的例子,我们来看看玻尔的理论是否有道理。
著名的艺术家风满楼同学(绿岛掌柜)画过一幅白马图,曾经名动江湖。如果我要问大家,风同学画的那匹马颜色是什么?大家肯定异口同声回答:白色,如果你不是色盲的话。
但问题恰好就出在这里。
我们一般人,如果不是色盲,我们在普通光线下,也就是我们能感受的可见光波长在400 到760纳米左右,在这个范围内,我们看到那匹马是“白色”。也就是说,我们首先选定了一个感受400到760纳米左右波长范围的仪器(我们的眼睛)来观察那匹马是“白色”。
现在我们把观察那匹马的观察者换了,换成了蜜蜂。蜜蜂的眼睛感受的光谱与我们正常人差别很大,它看不见比黄光波长还长的光,但对紫外线很敏感。蜜蜂看了半天那匹马,看到的是一匹“蓝紫色”的马。这时,如果蜜蜂会说话,我们就和蜜蜂争论了。我们说马是“白色”,蜜蜂说马是“蓝紫色”。我们说我们明明看是“白色”,蜜蜂说它明明看是“蓝紫色”。这样,从科学的角度讲,我们并没有比蜜蜂有优先权决定马是什么颜色,我们确实看到的“白色”,蜜蜂确实看到的是“蓝紫色”。
这很可怕!
当只是争论光时,我们还好受些,那就去争论光吧。但当把所有的微观粒子拉下水后,我们的处境就极其不妙了。我们这个世界的一切物质包括我们自己都是这些微粒组成的,如果组成我们的粒子是波,我们是什么?
我们就以电子为例。玻尔的电子跃迁,原子里的光谱,海森堡的矩阵力学的不连续性,更有电子通过狭缝打到感光屏幕上的小点,都说明电子是个粒子。但薛定谔的波动力学的连续性,还有电子在双缝实验中形成的干涉条纹,又都说明电子是波。
那么,电子到底是粒子还是波?你怎么看,电子都没法不是个粒子;你怎么看,电子都没法不是波。在这里,我们陷入了绝境。而波-粒大战又打得不可开交。
这时,天才的玻尔出手了。
他认为,既然电子没法不是个粒子,既然电子没法不是波,那么只有一种可能性,那就是:电子既是粒子,同时又是波!很简单,这就是玻尔提出的微观粒子的“互补原理”。
问题是,你不认为玻尔的说法过分吗?你能理解电子既是粒子,同时又是波这样的图像吗?粒子是硬棒棒的实体,波是一片难以琢磨的彩云般的幽灵,这能统一吗?
实际上波尔是在海森堡发现了微观粒子的不确定性原理后,逐渐发现了了这个惊世骇俗的互补原理。玻尔敏锐地意识到海森堡的不确定性原理,不光是在讨论不能同时确定粒子的动量和位置的问题,其背后隐藏着更加秘密,更加深远的意义。也就是说不确定性原理是个根本的普适的原理,在电子的动量和位置那里,一个量出现的越清晰,另外一个量就越模糊,此消彼长,不共戴天,又不可分离。在电子的波-粒两种特性方面,也是遵循不确定性原理,电子的粒子性越清晰,电子的波特性就越模糊,反之亦然,他们不共戴天,又不可分离,互补互存使得电子的特性成为完整。
继续,玻尔的思想是:电子在没有观察时是处于粒子性和波动性的一个混合叠加状态,而电子要表现出粒子性还是波动性,完全取决于我们想看到什么,也就是我们的测量方式。你要看到粒子性,就把电子打到荧光屏上,你就看到一个小点,你看到了粒子。如果你要看电子是波,也成,让电子通过双缝,你就看到了干涉图样,你看到了波。
这时候你可能要说,玻尔同学,你别给我这样胡搅蛮缠,照你说的,电子就是个幽灵,一会是粒子,一会儿又是波,完全取决于我们的观察方式,没有一个客观实在。你倒是告诉我,电子到底根本是什么吧,我不想跟你泡蘑菇。
玻尔的回答会使得你很愤怒,很想发疯。
玻尔的观点是:电子本来就没有一个客观实在,就是个幽灵,就是粒子性和波动性叠加起来的一个混合态幽灵。那种特性出现就是取决于我们的观察,而“电子真正的客观实在是什么”这样的提法根本就没有意义,我们的观察决定了电子是粒子还是波。
或许你认为玻尔这家伙肯定是疯了,这样的思维怎么能搞科学。但是,且慢下这样的结论,我来举个简单的例子,我们来看看玻尔的理论是否有道理。
著名的艺术家风满楼同学(绿岛掌柜)画过一幅白马图,曾经名动江湖。如果我要问大家,风同学画的那匹马颜色是什么?大家肯定异口同声回答:白色,如果你不是色盲的话。
但问题恰好就出在这里。
我们一般人,如果不是色盲,我们在普通光线下,也就是我们能感受的可见光波长在400 到760纳米左右,在这个范围内,我们看到那匹马是“白色”。也就是说,我们首先选定了一个感受400到760纳米左右波长范围的仪器(我们的眼睛)来观察那匹马是“白色”。
现在我们把观察那匹马的观察者换了,换成了蜜蜂。蜜蜂的眼睛感受的光谱与我们正常人差别很大,它看不见比黄光波长还长的光,但对紫外线很敏感。蜜蜂看了半天那匹马,看到的是一匹“蓝紫色”的马。这时,如果蜜蜂会说话,我们就和蜜蜂争论了。我们说马是“白色”,蜜蜂说马是“蓝紫色”。我们说我们明明看是“白色”,蜜蜂说它明明看是“蓝紫色”。这样,从科学的角度讲,我们并没有比蜜蜂有优先权决定马是什么颜色,我们确实看到的“白色”,蜜蜂确实看到的是“蓝紫色”。