粒子的波动性假说，电子也是波吗 05

本系列文章预计会有30个章节，这套文献将系统的讲述物理学本身，今天是第三季第6篇

说起量子力学，在这个领域有个伟大的人物，几乎无人不知，那就是提出薛定谔的猫的物理学家埃尔温·薛定谔（Erwin Schrödinger）。

薛定谔最伟大的发现就是1926年创立了波动力学，关于薛定谔本身我们后续再谈，让我们先看看薛定谔在创立这个方程之前发生了什么。

（薛定谔，图片来源网络）

首先，埃尔温*薛定谔本人是个多才多艺的人，精通数学、文学和哲学，而且薛定谔特别喜欢动手，也就是喜欢通过实验来验证自己的假设。后来因为喜欢理论物理，所以后来才有了后来的伟大。

而薛定谔真正发力的时候是1925年。这一年，薛定谔是在瑞士苏黎世大学的时候，他的一位朋友让他去解读德布罗意的论文，这篇论文正式曾经惊动爱因斯坦的那一篇论文。

当时，薛定谔读的正是德布罗意提出“物质波”的那篇论文。薛定谔作了报告，他这位朋友当场发表了一个评论：德布罗意这玩意儿纯属儿戏，什么叫物理学？你得有方程才行。德布罗意凭空就说电子是个波，那这个波满足什么方程呢？它的行为由什么决定呢？没有方程，就不是正经的物理学。

而这个时候正式薛定谔用心去研究这个方程。

几经周折，薛定谔通过假期搞出了第一版方程，紧接着在1926年发表了四篇论文，最终提出了量子力学的波动方程。

为什么物理学家相信光是一种波，原因第一，麦克斯韦方程解出来电磁波的速度正好等于光速。所以，我猜光就是波。原因第二，实验证明呗。

实验证据：托马斯杨的“双缝干涉”实验

杨的实验，用的是蜡烛作光源，在遮光板中间开了两条缝隙（缝隙非常小，要和可见光的波长相当才行），烛光经过之后，打开后面的屏幕上，会形成一片非常漂亮的条纹：明暗相间，循环多次，规则分明。

什么是光的干涉？

当一个水波经过两个孔之后，会在水面上形成两个水波，水波有波峰波谷，波峰与波谷抵消。而光波也是一样，屏幕上的条纹，亮的地方是两个波波峰的叠加，而暗的地方相对抵消，这就叫两个波的“干涉”。

你看，光的的干涉实验已经很清楚的证明了，“光就是波”。

但是，黑体辐射和光电效应又说，光是粒子！那么光到底是什么？

然而，问题往往会诞生出智者，而大问题会诞生伟人。

这时候，一位年轻人提到一个统一的物质“波”理论！他就是开篇提到薛定谔解读那片论文的作者——路易*德布罗意。

当时德布罗意在读博士的期间学习了相对论，了解了光量子学说，并自己参与了光电效应的实验，他还知道波尔原子模型的电子怪异行为。

（德布罗意，图片来源网络）

1924年，德布罗意写了自己的博士毕业论文，这篇论文只阐述了一个思想：所有的物质（电子、质子中子...）都有波动性。

但是当时的评审委员会觉得这个说法不靠谱，就把论文寄给了爱因斯坦，当时爱因斯坦收到这个观点也很惊奇，但他并没有排斥。爱因斯坦说，也许德布罗意揭开了大幕的一角。

虽然评审团经过爱因斯坦的评论接受了德布罗意的观点，但他们还是强烈要求德布罗意通过实验证明。

可是电子、中子这类物质做杨氏双缝实验特别难，因为实验要求缝隙的尺寸必须和这些粒子的波长相当，而一个粒子只要有质量，他的动量就远远大于光子，那么它的波长就要比光子都要短，这咋搞？

德布罗意想到用晶体散射来试试。

因为晶体的结构尺寸非常小，就能和电子的波长类比，所以在1927年就有人把它给做成了！下图所示。

（图片精英日课）

1929年德布罗意获得诺贝尔物理奖，留名青史！

所以，电子也是波啊。

那这么说，电子和光子就是一回事，任何物质都有波的一面。

1961年，物理学家终于用电子做成了杨氏双缝实验。但是当他们每一次只发射一个电子，当这个实验测试次数增多的时候，屏幕上也反正了干涉条纹。

等等，怎么一个电子会发生干涉呢？

（图片精英日课）

自己和自己干涉？

但是自己和自己干涉也是一个电子和一个电子干涉才行呀。难道这个电子有分身术吗？

这部分我们后续再谈。

总结：

物理学的发展总是对宇宙的现象进行系统性的解释，从万有引力到相对论，再到量子力学波函数。

总是以小见大，以大衬小，包罗万象。

而在这个过程背后，有无数英雄人物的付出与实践。

最后，祝大家节日快乐~