用陰陽的概念來理解波粒二象性

2020-12-05 隱士申子源

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。這意味著經典的有關「粒子」與「波」的概念失去了完全描述量子範圍內的物理行為的能力。愛因斯坦這樣描述這一現象:「好像有時我們必須用一套理論,有時候又必須用另一套理論來描述(這些粒子的行為),有時候又必須兩者都用。我們遇到了一類新的困難,這種困難迫使我們要藉助兩種互相矛盾的的觀點來描述現實,兩種觀點單獨是無法完全解釋光的現象的,但是合在一起便可以。」

波粒二象性是微觀粒子的基本屬性之一。1905年,愛因斯坦提出了光電效應的光量子解釋,人們開始意識到光波同時具有波和粒子的雙重性質。1924年,德布羅意提出「物質波」假說,認為和光一樣,一切物質都具有波粒二象性。根據這一假說,電子也會具有幹涉和衍射等波動現象,這被後來的電子衍射試驗所證實。

太極初開,陰陽合抱,陰中含陽,陽中含陰,陰陽和諧,相輔相成,這就是世界的本原,也是波粒二象性的本質。原來,世界的本原與波粒二象性的本質是相通的。

光,能量,生命的產生,都是息息相關,光合作用對人類的生存環境是非常關鍵,極其重要的。

我們從以下三個層面,用陰陽的概念來理解波粒二象性。

在波粒二象性中,波為陽,粒子為陰;陽化氣,陰為形;

第一、陰陽合抱(第一種波粒二象性——波與粒子是完全平等的,由愛因斯坦1905年揭示);

第二、陰中含陽(第二種波粒二象性——粒子在運動上具有波動性,由德布羅意1923年揭示);

第三、陽中含陰(第三種波粒二象性——波在結構上具有粒子性,由甘永超1994年揭示);

第一種波粒二象性——「光的波粒二象性」由愛因斯坦1905年揭示、密立根1916年用實驗驗證,曾頒發「理論(1921年)」與「實驗(1923年)」兩個諾貝爾物理獎。它揭示了微觀客體可以彌散形態(波)或凝聚形態(粒子)這樣兩種不同的形態存在(如圖1中π的左、右兩部分,其中的「波」與「粒子」都是客觀實在,但它們在存在的時間上卻相互錯開,滿足一定條件時還可以相互轉化)(自然註:實際上這種認識還可前進一步,即立位於零去關注波粒二相的完全統一。這樣必然具有三種客觀存在的狀態:粒子態、波態和零子態。粒子態有形;波態有象;零子態無形無象,與真空基態為完全相融。零子態表徵的太極必然是雙s而非單s,且存在中宮空如之地)。

第二種波粒二象性——「實物粒子的波粒二象性」由德布羅意1923年揭示、戴維孫和小湯姆孫1927年用實驗驗證,也曾頒發「理論(1929年)」與「實驗(1937年)」兩個諾貝爾物理獎。它揭示了當微觀客體以「粒子」的形態存在時,「粒子」在運動上具有波動性(第二種波粒二象性,見圖1中π的右半部分:其中的「粒子」與「波」同時存在但它們存在的形式卻是一「實」一「虛」,「波」是「粒子」存在的反映(說明「粒子」在運動上具有波動性),兩者不能互相轉化)。

第三種波粒二象性——「經典電磁場在結構上具有粒子性」由甘永超於1994年用嚴謹的數學推理揭示(將Dirac1927年所做的電磁場按模式分解進一步推進到電磁場按光子對應分解,從而使每一個「電磁基波」的能量、動量、角動量都能與一個同頻光子的能量、動量、角動量分別對應相等)。它揭示了當微觀客體以「波」的形態存在時,「波」在結構上具有粒子性(第三種波粒二象性,見上圖中π的左半部分:其中「波」與「粒子」同時存在但它們存在的形式卻是一「實」一「虛」,「粒子」是「波」存在的反映(說明「波」在結構上具有粒子性),兩者不能互相轉化)。而在此之前經典電磁場卻一直是連續的、根本沒有分立的概念。

波粒二象性,也就是一種混沌的數理形態,既是離散的,又是連續的,兩種數理特徵,同時依存於一個整體中,又可以各種單獨作分析。

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