光是粒子還是波？

要了解這些，我們還要從牛頓說起。牛頓時代解決了宏觀低速下的物理學現象，也就是牛頓力學，這套理論也讓牛頓封神。但是其實牛頓可不止《自然哲學的數學原理》這一本著作，在他在威斯敏斯特大教堂的墓前的雕像的，有四本書，代表著四本代表作，這當中就包括了《光學》。

可能你要納悶光學和牛頓力學的區別是啥？我們要搞清楚一點，那就是光的速度可不是低速，甚至光到底是啥也很難說得清楚。伽利略就曾經試圖測光速，然後他失敗了。也就是說在牛頓的時期，光速到底是多少還跟迷一樣。其次光到底是啥，實際上那個時代的科學家也沒啥好的想法來驗證。驗證不了，不代表不能提出理論，牛頓認為光是一種粒子，惠更斯等人認為光是一種波。

他們當然各有各的證據，比如：光的反射就說明光具有粒子性，而光的衍射其實說明了光具有波動性。按理說應該是不相上下的局面，但因為牛頓神一樣的學術地位，導致光是粒子的觀點佔據了上風。其實，後來我們也都知道了，光是具有波粒二象性的，不過這都是後話了。

後來，在托馬斯楊和麥克斯韋的努力下，光是一種波佔據了上風。尤其是麥克斯韋是和牛頓同級別的科學家。他提出麥克斯韋方程，統一了電和磁，並預言光是一種電磁波，這還被赫茲證明了。

量子力學的誕生

可是到了20世紀，物理學大廈上空飄來了兩朵烏雲，一朵是以太，一朵是黑體輻射。以太導致了相對論的出現，而黑體輻射導致了量子力學的出現。那這又和光有什麼關係呢？相對論其實是和光速有關係，而黑體輻射則和光到底是什麼關係。

如果光是一種波，那說明電磁輻射應該是連續的，而不是非連續的。但是如果按照麥克斯韋的電磁學理論來解決黑體輻射的問題，就會出現很多問題。於是，被逼無奈的普蘭克在玻爾茲曼的啟發下，提出了“量子”的概念。

他認為能量不是連續的而是一份一份的，而能量的最小單位就被稱為量子。愛因斯坦進一步利用“量子”解決了光電效應的問題。

不確定性原理

可隨後問題就爆發出來了，科學家在研究原子結構時，就很難用經典理論去描述原子結構以及電子的行為。在這個過程中，科學家逐漸摒棄經典理論，最終在由海森堡提出的矩陣力學和薛定諤的薛定諤方程解決了這一切。而波恩證明了矩陣力學和薛定諤方程是等價的，並且給出幾率波的解釋模型，隨後海森堡進一步提出了不確定原理，說的就是：

微觀粒子的動量和位置是沒辦法同時確定下來的，動量的不確定性越小，位置的不確定性就會越大，同樣的，如果位置的不確定性越小，動量的不確定性越大。

那到底意味著什麼呢？我們傳統的物理學中描述一個物體的運動一般是這樣的，某時某地某物以多少速度朝著某個方向運動。可是，到了量子力學這裡，就變成了某時某地某物出現在某個位置的是多少？具體到原子核外的電子，量子力學哥本哈根學派認為電子同時出現在原子核外的各個位置，各個位置區別在於概率不同，也就是說要用概率雲來描述電子的運動。