波和粒子
为了要讨论‘物质波’、‘波粒二象性’等概念,先要说明什么是‘波’? 什么是‘粒子’。
在物理学上,粗略地说,波(或波动)是振动传播的现象。波在‘介质’中传播,例如,传播经典力学波的介质是弹性介质,传播电磁波的‘介质’是电磁场。波发生在时空之中,它把波源前些时刻振动的相位于后些时刻传至介质它处;因之频率、周期、波长,相速等概念便常与波相联系。振动是有能量和能量变化的,因之波往往要传播能量。波所依附的‘介质’,波之振移、相位、频率、周期、波长,相速以及所传播的能量都涉及到波的基本特性,常可根据这些特性的有无来判断某种波是否真实存在。例如以后我们将说明,由于‘物质波’ 所依附的‘介质’,以及这种波之振移、相位等都说不清楚,便可以怀疑它‘是否真实存在?’。
‘波’原指振动传播的现象,但人们往往把作为现象的‘波’与承载该‘波’的‘介质’(或场)混为一体,统称为波。这样便把‘波’当成为一个客观实体了。这种观点的习惯势力很强大,以致一些物理学者也接受了这种
观点;例如对‘光波’、‘声波’就常采用这种观点。要改变人们的习惯观点是很不容易的,但我们在讨论中必须分清楚现象和现象的承载物。
在物理学上,粗略地说,粒子是构成物质的单元,它的体积很小,常可忽略不计;粒子的一些物理量,如质量、动量、能量等等,往往具有定值。物理学的研究告诉我们,
我们能感知的周围宏观物体都是由分子、原子构成的,分子、原子又是由一些基本粒子构成的。现代物理学对基本粒子的研究已很深入,建立了一套標準模型理論。这给人的印象似乎是物质是由粒子构成的,物质似应以粒子性为主要特性。虽然在某些情况下,若分子平均自由程小到趋近于零时,某些物质(如流体)也可以看成是连续的,但这只是特殊情况。可是,基本粒子的理论基础是量子场论,量子场论的出发点是连续的场,因之,给人的印象又似乎是物质的基础是场,物质似应以‘波‘性为主要特性。
暗物质、暗能量的发现对物质的‘粒子性’和‘波’性提出了新问题。暗物质与我们周围由一些基本粒子构成的宏观物体不相同,估计它不是重子、轻子物质。还可估计暗能量是某种场,但它与我们周围同一些基本粒子相联系的场在特性上有差别。虽然如此,而无论如何,物质的‘粒子性’和‘波’性的相互关系仍然是我们须要深入研究的问题。
波是能量形式;粒子是质量形式。
粒子是统称,分子、原子、电子、中子、质子、介子、超子、夸克(层子)、光子等等统称为粒子。
从广义的角度来说,只要是微小的、点状的(或者三维球状)、具有坐标位置或者动量的都可以叫做粒子,与波动相对应。
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