波與粒子的二象性
波與粒子的二象性 (Wave-particle Duality)
高雄市立高雄女子高級中學物理科蔡宗賢老師/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯
在物理與化學中，波與粒子的二象性，是所有物質與能量所表現出來，像「粒子」又像「波動」性質的觀念。量子力學上的中心觀念：二象性，提出在古典想法描述物體行為，有關「粒子」與「波動」性質上的不完整。不同量子力學的闡述，嘗試去解釋這表面上的矛盾。
二象性的想法要根朔到1600年代，對於光與物質本質的爭論，當時海更士 (Christian Huygens)與牛頓(Isaac Newton)提出對光理論的看法，經過愛因斯坦 (Albert Einstein)與德布洛衣 (Louis de Broglie)與其他人的研究，目前的科學支持所有的粒子也有波動特性，同時光也同時具備粒子的性質。這個現象被證實，不僅適用於基本粒子，對於由基本 粒子組成的粒子，像原子甚至分子也適用。事實上，根據非相對論量子力學，波與粒子的二象性適用所有物體，甚至更巨觀的物質，只不過它們的波長太短，我們無 法偵測到它們波的性質。
費曼強調光的粒子性陳述，讓我們去了解光表現像粒子特性的重要性，特別對在學校所學習到有關光的一些波動特性時。
在十九世紀末，物質的原子的構成理論建立。而起初被認為是流體的電，現在也了解到是電子這個粒子的原因所造成。經由湯木生 (J.J.Thomson)發現 陰極射線管的射線，是由在真空中電子的流動所形成，導致拉塞福(Ernest Rutherford)進一步的研究，及波耳(Neils Bohr)原子模型的提出，更了解電子的行為. 在認知上物質的粒子組成特性為大家所熟悉，但是伴隨著電子的的干涉與繞射現象的發現，了解到它與光的楊氏(Young)雙狹縫干涉實驗與佛朗和斐 (Fraunhofer)的單狹縫繞射實驗的波動特性一樣。
二十世紀初1905年愛因斯坦的光電效應理論，陳述光也具備像粒子的性質，後來1923年的康普吞(Compton)效應更證實這一點，加上電子繞射現象的發現，電子除了粒子性質之外，也同時擁有波動的性質。
這個粒子與波動性質的困惑，最後在二十世紀的上半葉，量子力學理論建立”波”與”粒子”的二象性所解決。它提供統一的理論架構，去解釋有關於波動與粒子的 特性，到了二十世紀後半段，因格勒-葛林柏格 (Englert-Greenbergwr)的二象性關係，更精確的量化這個結果。
參考資料
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