你算一算矽原子之間的距離,算一算電子的波長,絲毫不差。德布羅意用博士畢業論文拿到 1929 年的諾貝爾物理獎,青史留名。
值得一提的是,證明電子波動性的幾個實驗物理學家得到了1937年的諾貝爾物理獎。其中一個獲獎者叫喬治·湯姆孫(Sir George Paget Thomson),用的不是晶體散射,而是另一個方法 —— 他是誰呢?就是我們上一講說的那個發現電子的約瑟夫·湯姆孫的兒子。這父子倆一個因為證明電子是粒子拿了諾貝爾獎,一個是因為證明電子是波拿了諾貝爾獎。
所以電子真的是波。物理學家最愛幹的事兒就是「看破紅塵」,搞個統一理論,說明看似完全不同的兩個東西其實是一回事。德布羅意做到了這一點,說電子和光子其實是一回事。
其實我們跟電子和光子也是一回事。任何物質都有波的一面。為什麼我們在日常生活中感受不到波動性呢?因為我們的質量太大了,而普朗克常數是個非常小的數字。比如有個質量是 3 公斤的保齡球,以每秒 10 米的速度運動,根據德布羅意的公式,它的波長是 10^(-35)米,你完全探測不到這樣的波動。
那你說我的體重雖然大,那我一動不動行不行?如果我的速度是 0,我的波長不就變大了嗎?我的回答是那是不可能的。量子力學不允許任何東西的速度是 0…
什麼東西都既是波又是粒子,這就叫「波粒二象性」。這個詞說著容易,但是我們仔細想想,「既是波又是粒子」,這是什麼樣的行為呢?
如果電子就是一個點,它怎麼個「波動」法呢?難道說它是沿著「之」字形路線、扭來扭去地像波一樣前進嗎?那是不可能的。那樣的波動會有很多急轉彎,每一次拐彎都是加速運動,都會輻射能量,電子受不了。更何況這種波動的運動速度會超過光速,違反相對論。
那如果電子根本就不是一個點,而是一片「波動的雲」,那為什麼我們每次都剛好捕捉到一個點呢?從雲到點,這個瞬間的變化是如何發生的呢?
更不可思議的還在後面。
1961 年,物理學家終於用電子做成了楊氏雙縫實驗。