量子力學告訴你：你的身體也是波粒二象性的科學認識君的《通俗物理100課》系列【第二課：波粒二象性】可以說伽利略與牛頓建立起了物理學，在此之前并沒有物理學這門學科，研究自然的學問叫自然哲學，其與物理學的根本區(qū)別在于實驗。物理學是研究自然現(xiàn)象的科學，歸根結(jié)底就是研究物質(zhì)的組成，相互作用和運動規(guī)律的學科。面對多彩繽紛的自然世界，人們總會發(fā)問，組成這一切的物質(zhì)是什么？它們是否可無限細分？其實早在2400多年前的古希臘時期，德謨克利特就主張“原子論”，不過他認為的原子和現(xiàn)在所認知的原子完全不同。他認為世界萬物就是由一種基本元素構(gòu)成，這種元素很小且是不可再分實體“小球”。這種實心小球的排列組合順序構(gòu)成了大千世界的千變?nèi)f化，這就是他心中的原子。直到兩千多年后的18世紀，人們才用實驗證實了原子的存在。不過那時候?qū)υ拥恼J識還很膚淺。牛頓對原子的探索并沒有什么建樹，之后人類對原子的認識經(jīng)歷了道爾頓的實心球模型，湯姆遜的葡萄干蛋糕模型，盧瑟福的行星模型，玻爾的能級模型和電子云模型。Rutherford(1911)(thonuctous)Schrodinger(1926) W饑嚴樸打開今日頭條，查看更多精彩圖片Rutherford(1911)(thonuctous)Schrodinger(1926) W饑嚴樸打開今日頭條，查看更多精彩圖片 Bohr(1913)(energylevels)Thomson(1904)(positiveandnegattvecharges)原子模型發(fā)展史我們現(xiàn)在知道了原子是由原子核和核外電子構(gòu)成，原子核又由質(zhì)子和中子構(gòu)成，原子核的正電屬性是由質(zhì)子體現(xiàn)出來的，中子是不帶電的。并且原子的質(zhì)量幾乎都聚集在原子核上。其實在19世紀之前，人類并不了解原子內(nèi)部的構(gòu)造，也更不了解

電子的運動。所以那時候牛頓力學的危機并不是很突出。直到科學家觀測到原子核外電子的運動時，牛頓力學徹底在微觀領域失效了。按照牛頓力學的計算，電子這種東西嚴格來說就不應該存在于原子核外它應該直接和質(zhì)子中和掉。按照經(jīng)典力學的解釋，帶正電的質(zhì)子會產(chǎn)生電場，而電子在這種電場中蹦跶不了多久就會被吸引到質(zhì)子上，并與其抵消?？墒请娮拥倪\動完全不是這樣的，電子依舊蹦跶得很活波，經(jīng)典力學的統(tǒng)治時代宣告解釋。經(jīng)過了一個世紀的探索，我們可以自信的說，量子力學在次原子級別是正確的。我們現(xiàn)在知道了眾多的微觀粒子，以及它們的相互作用形式。自然界存在四種力，按照作用的強度依次分為：強相互作用（核力），電磁力，弱力，引力。TheFourFundamental

ForcesofNatureElectro*~Weak~IStrongmagnetismInteraction四大相互作用力物理學家從電磁力傳播所依賴的電磁場中得到啟示，其他三種力也應該是通過“場”來傳遞力的。物理學家繼續(xù)從電磁力傳播所依賴的傳播子（光子）中得到啟示，其他三種力也應該通過各自的傳播子完成的。也就是說，這四種力，每一種都是依賴場中的傳播子進行的

但有場未必有傳播子，而有傳播子一定有場的存在靜止電荷會產(chǎn)生電場，在電場中的其他電荷會因此受到作用，但這其中并沒有光子這樣的傳播子。如果靜止電荷運動起來，那其造成的電場也會是波動的，變化的電場就會產(chǎn)生變化的磁場，電磁場就此產(chǎn)生。電磁場的傳播子是光子，光子是一份份運動的能量，這些能量通過質(zhì)能方程E二MG轉(zhuǎn)換成光子的質(zhì)量，并且具有波粒二象性。波粒二象性我們最早知道了光是波粒二象性的，隨后的電子雙縫干涉實驗證明了電子也具有波粒二象性。其實除了微觀粒子，整個宇宙中的所有物體，不管是微觀的電子還是宏觀的星球都是物質(zhì)波?；蛟S這有些難以理解，我可以從簡單的電磁波講起。電磁波其實就是核外電子輻射出的一份基本能量，電子是帶負電的電荷，電子總是在運動，那么電子就會產(chǎn)生變化的電場，進而導致變化的磁場，變

化的磁場又產(chǎn)生變化的電場，就這樣電磁場就傳播開來了，電磁場可以傳播能量，這能量就是光子。光子是如何運動的？知識補充：光是一種電磁波，電磁波傳播速度c二波長入X頻率f,真空中光速恒定。光子不僅是一種粒子也是一種波，光子的運動頻率不同導致了形形色色的電磁波產(chǎn)生。光子的運動頻率從100hz到10的27次方不等，其名稱依次可以是電擾動，無線電，雷達波，可見光，X射線，伽馬射線 RadioMicrowave|Garnma-rayInfrared|Ultraviolet|X-ray*SkeScaleHandRadioMicrowave|Garnma-rayInfrared|Ultraviolet|X-ray*SkeScaleHand_widthPin Widlhafaheod HumaniiairSingle

CeihMoleculesAtoms電磁波波長排序電擾動雖然也是電磁波，但頻率很低，波長就很長，甚至可以達到數(shù)千公里，從一個波峰到另一個波峰的距離太遠了，所以波動的性質(zhì)并不明顯。就好像是在湖面上相隔10公里才有兩個凸起的波浪，這個湖面會顯得很平靜，所以電擾動更像是場。而無線電，雷達波的頻率就高出電擾動的好幾個數(shù)量級，它們的波長就更短，波峰距離不大，更像是波?？扇绻l率繼續(xù)增加，比如宇宙中的伽馬射線，它雖然也是電磁波，但其頻率極大，導致波長極短，有的波長才10的負14次方米，比原子半徑還小到多。那么這些電磁波的波峰距離就極短，兩個波峰更像是渾然一體的粒子了，而不像是波。所以從電磁波的波長高低來劃分，波長長的更像場，波長中等的更像波，波長短的更像粒子。所以光子的頻率差異會讓其體現(xiàn)出顯著的粒子態(tài)或波動態(tài)。但不管如何，光子同時具有波動性和粒子性。德布羅意的物質(zhì)波告訴我們，人類也是波粒二象性的，只不過人體波動的頻率太大了，而波長太小了，以至于現(xiàn)有的儀器都無法觀測到這種波動，所以人體更顯得是個實在物體。既然所有的物質(zhì)都是波粒二象性的，那么夸克也是（目前發(fā)現(xiàn)原子內(nèi)部最小尺度的粒子），倘若還有比夸克還小的粒子，那么它也是波動的。宇宙中數(shù)百個基本粒子構(gòu)成了宏觀世界的多樣性，基本粒子之間的作用關系很復雜，我們甚至都理不清它們之間的關系。但唯一可以確定的是所有粒子都是波動的，光子是波動的能量，這種電磁波因頻率的不同時而表現(xiàn)出粒子性，時而表現(xiàn)出波動性。當然我們可以借助這種思想建立一種大一統(tǒng)理論。我們假設，現(xiàn)在所說的光子，電子壓根就不是什么基本粒子，而是由一種更小的波動能量構(gòu)成，這種波動就是超弦理論中的弦，弦的不同振動形式會表現(xiàn)出不同的基本粒子。

那么