那個靈魂畫手又來啦,什麼是波粒二象性?一分鐘宇宙知識小課堂


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我們每天都能見到物體像粒子一樣運動,比如:將一個球體拋出去,它會沿著確定的軌跡運動。將你的長頸鹿停在那裡,當你回來的時候它還在那裡,還是那隻長頸鹿。


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而且,我們也經常看見或感覺到波的現象。吹響你的號角,波將會攜帶著聲音,通過空氣,傳播到周圍人的耳朵裡。或者,在水面上開一艘船,波浪會在水面上盪漾開來等等。

上面只是我們日常中能看到或者感覺到的物理現象,可是,當談論到微觀層面上的物理會發生什麼呢?當然,我們今天的主角登場了,我們就會看到波粒二象性(波粒二象性(wave-particle duality)指的是所有的粒子或量子不僅可以部分地以粒子的術語來描述,也可以部分地用波的術語來描述)。有的時候非常小的東西(比如像電子和質子那麼小)像粒子一樣活動,可時有時候卻也像“波”一樣活動,好比“牆頭草,隨風倒”。舉個例子,如果你發射一個電子。它會像波一樣穿過整個房間,但是當它撞牆了的時候,它只會擊中牆上的一個確定的點,畢竟你一開始發射的僅有一個電子。


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那麼,如果聲音也具有波粒二象性會發生什麼呢?還是吹號角的你,你可能吹出了很好聽的聲音,聲音也向著四面八方傳播出去,但是僅有一個人能聽見你吹出的聲音。再比如:你的船劃過海面,海浪本應該像平常一樣擊打著沙灘,但是卻僅僅打在了沙灘上的一個點,相信這會讓很多衝浪愛好者很無助的。這就是微觀世界裡物體有時候表現得像“波”,有時候卻又像粒子。


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那麼物理學家們是怎麼描繪波粒二象性呢?那就以電子為例,假設電子是雨滴中的一粒塵埃,且我們知道雨滴下落時塵埃的位置,但雨滴落到地面就會像波一樣散開電子則會隨機落在波的某一點上。


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所以我們說波決定了電子的狀態,但電子終究只是一點塵埃,如果去找只會在一個地方發現它。波同樣顯示了電子出現的概率,如果水滴摔成兩半,電子可能出現在較大的部分裡。


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這就是波粒二象性在量子力學裡的運作機理,粒子出現於某一位置的概率及狀態由導航波理論決定,是不是覺得異常簡單?

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