物质的波粒二象性

【摘要】微粒说和波动说的跨世纪之争，直到爱因斯坦提出光的波粒二象性才结束，因此波粒二象性的提出有着非常重要的意义，是人类对物质世界认识的又一次飞跃，同时也为量子理论的发展奠定了基础。本文以波粒二象性发展的全过程为基础，从物理学史方面出发，简要地分析了其整个发展过程与哲学的联系。

【关键词】波粒二象性；光；电子；物质波；哲学

17世纪，牛顿的微粒说和惠更斯的波动说争得不可开交。1905年3月，爱因斯坦提出光量子假说，从而结束了自牛顿以来关于光的本质的微粒说和波动说的长期争论，第一次揭示了光同时具有波和粒子的双重特性，即波粒二象性。1899年，J.J.汤姆逊发现了电子（粒子性）。

1927年，G.P.汤姆逊和戴维森证实了电子的波动性。这刚好给德布罗意的物质波假说提供了有利证据。在爱因斯坦的光量子论及玻尔的原子量子论的启发之下，考慮到光具有波动与粒子的两重性，德布罗意根据类比的原则，设想实物粒子也可能有粒子与波动两重性，从而提出了物质波假说，并得到著名的德布罗意公式。

电子的波动性被证实，为德布罗意的物质波假说提供了有利证据，一切实物粒子都有波粒二象性。以后的物理学发展表明，波粒二象性是微观粒子的最基本特征。

一、人们对波粒二象性的认识

在经典力学中谈到一个“粒子”时，总意味着这样一个客体，它具有一定的质量、电荷等属性，此即物质的“颗粒性”或“原子性”。认为粒子具有一定的位置，并且在空间中运动时有一条确切的轨道，即在每一时刻有一定的位置和速度。在经典力学中谈到一个“波”时，总是意味着某种实际的物理量的空间分布做周期性的变化，而更重要的是呈现出干涉与衍射现象。干涉与衍射的本质在于波的相干叠加性。在经典概念下，粒子与波的确难以统一到一个客体上去，那我们究竟应该怎样正确理解微观粒子的粒子与波动二重性呢？

只要仔细分析一下实验就可以看出，微观粒子所呈现出来的粒子性，只是经典粒子概念中的“颗粒性”或“原子性”，即总是以具有一定的质量、电荷等属性的客体出现在自然界，但并不与“粒子微观粒子呈现出的波动性，有确切的轨道”的概念有什么必然的联系。微观粒子所呈现出来的波动性，也具备了波动性中最本质的东西——波的“相干叠加性”，并不一定要像经典波那样必须要与某种实际的物理量的空间分布联系在一起。把微观粒子的波动性与粒子性统一起来，更确切地说，把宏观物体的“原子性”与经典波的“相干叠加性”统一起来，是玻尔提出来的概率波。

二、人们对物质本性的认识是不断发展的

整个物理世界是不断变化发展的，作为许多学科与技术的基础和发源地的物理学也不例外，也是随着时代的发展而发展的。19世纪末，许多物理学家都认为物理学已经发展到了顶点，以后的任务只是在细节上做些补充和修正。但是经典物理学陷入了危机，实验上一系列新的发现，跟经典物理学产生了尖锐的矛盾，暴露了经典物理理论中的隐患，指出了经典物理学的局限性。物理学只有从观念上、从基本假设上，以及从理论体系上来一番彻底的变革，才能适应新的形势。首先，开尔文提出了经典物理学天空的“两朵乌云”，这引起了许多物理学家的深思，他们开始从观念上改变，用新的眼光去审视这个物理世界。于是在1905年，爱因斯坦提出光量子假说，他一反其他物理学家要么支持微粒说要么支持波动说的常态，创新地提出光既有微粒性又有波动性，即波粒二象性。波粒二象性为量子理论的发展奠定了基础，物理学家的探索进入了奥妙的微观世界。

三、粒子说和波动说既对立又统一

对立统一规律又称为矛盾规律，是唯物辩证法的实质和核心。波粒二象性的发展正好体现了矛盾这个规律。当时，微粒说不能解释光的干涉、衍射现象，波动说也不能解释光的直进、反射和折射现象，才引起微粒说与波动说的跨世纪之争。宏观世界中波动性和粒子性是互相对立、互相排斥、互不相容的，但在微观世界中，粒子同时具有波动性和粒子性。在这里，矛盾是波粒二象性发展的动力。

四、波粒二象性的绝对性和相对性

对于波粒二象性来说，它有不依赖于主体、不依赖于人或人类的客观内容，是对一切粒子及其规律的正确反映，这是客观存在的，具有绝对性；另一方面，波粒二象性是用语言和逻辑对粒子对象所作的正确反映，依赖于人的主观形式，只是在有限的范围内和有限程度上所作的正确反映，其有近似的、不完善的性质。因此，它又具有相对性。这就说明，波粒二象性在现阶段正确反映了粒子的本质，但这并不是对粒子认识的最终完成形态，在以后的发展中，人们的认识会进一步得到深化。

五、结语

物理概念的形成和发展离不开哲学思想，爱因斯坦正是因为运用了哲学的思想方法，把微粒说和波动说统一起来，才提出了波粒二象性，加快了其发展进程。所以，物理学和哲学是密切联系的。哲学的观点认为，任何事物的不变只是相对的，完全绝对的不变是不存在的，波粒二象性的发展过程也是变化的。随着时代的发展，人们会对微观粒子的波粒二象性一定会有更深刻的认识。

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