物质波

物质波也被称为德布罗意波，是量子力学理论的核心内容。在光具有波粒二象性的启发下，法国物理学家德布罗意在1924年提出一个假说，指出不是只有光子才有波粒二象性，一切微观粒子，包括电子和质子、中子，都有波粒二象性。

1925年4月，在美国纽约的贝尔电话实验室，戴维逊(C.J.Davisson)和革末(L. H. Germer)做了一个有关电子的实验。采用一束电子流轰击一块金属镍。实验要求金属的表面绝对纯净，所以戴维逊和革末把金属放在一个真空的容器中，以确保没有杂质混入其中。然而，这个真空容器因为某种原因发生了爆炸，空气一拥而入，迅速氧化了镍表面。当时，去除氧化层需要对金属进行高热加温。金属是由许许多多块小晶体组成的，而在加热之后，整块镍融合成了一块大晶体。虽然在表面看来，两者并没有太大的不同，但是内部发生剧变。当电子通过镍块后，产生了X射线衍射图案。但该过程并没有X射线，只有电子。电子在前进时，总是伴随着一个波。德布罗意把这种波称为相波，这被后人称为德布罗意波。

量子力学认为物质没有确定的位置，在不测量时，它出现在哪里都有可能，一旦测量就得到它的其中一个本征值即观测到的位置。对其它可观测量亦呈现出一种分布，观测时得到其中一个本征值，物质波于宏观尺度下表现为对几率波函数的期望值。

物质在空间中某点某时刻可能出现的的概率大小受波动规律支配。比如一个电子，如果是自由电子，那么它的波函数就是行波，它有可能出现在空间中任何一点，每点几率相等。如果被束缚在氢原子里，并且处于基态，那么它出现在空间任何一点都有可能，在波尔半径处几率最大。

现在需要弄清楚是不是所有粒子都波动，又是怎么波动的。

实际上，微观粒子没有什么特别，单个粒子运动都不是波动的，电场和磁场中的粒子都能提前预测其速度、位置和轨迹。威尔逊云室记录的粒子轨迹都符合宏观物质的运动规律。电场、磁场、威尔逊云室里粒子的运动轨迹并不比任何空中漂浮尘埃的运动轨迹复杂。

无论你采用任何方法记录微观粒子的运动轨迹，都可以发现所有微观粒子的运动与宏观物质没有任何本质区别。完全可以用经典力学描述，比如直线运动，回旋，碰撞等进行描述。

电场中的粒子、磁场中的粒子和威尔逊云室中的粒子并没有任何一次走出轨道之外。并且微观粒子的基本方法还是基于“碰撞”，关于粒子的碰撞依然使用经典力学，即动量和能量守恒。也就是说任何粒子或质点的动力学计算，也都必须采用经典力学进行计算。

既然单个粒子的轨迹都完全符合宏观物质的运动规律，那么为什么物质波计算竟然是准确的？

经典力学计算是建立在精确力学分析前提的基础上。如果不能精确力学分析，无论是宏观与微观的物质、粒子或质点，都不能用经典力学进行动力学分析。这个时候只能借助概率论进行统计分析。

宏观的概率论大家都很熟悉，任何的事件都能给出概率分布模型。然而对于微观，很难进行有效的精准动力学计算，除了电场、磁场等少数特定条件，根本无法对微观粒子进行精准的分析。这主要是由于微观粒子不仅受到周围大量同类的显态粒子时时刻刻的作用，而且也受到场态粒子时时刻刻的诱导震荡作用。现在已经清楚，所有显态粒子都沉浸在场态粒子的海洋中。除了少数特定环境，想求出微观粒子的具体受力情况难于上青天，就只能采用概率进行统计分析。

因此说所谓的物质波函数，与宏观概率论的概率函数没有任何本质区别。任何单个粒子都不是波动的，都符合宏观物质运动规律，都需要经典力学进行动力学分析。如无法精准力学分析，就只能借助概率论对运动轨迹进行统计分析。

另外，多粒子系统的相互作用往往产生波。实际上，所有波都是由粒子传递。电磁波是由场态粒子传递的，而机械波主要由显态粒子。电磁波和机械波都只传递能量不传递物质，两者没有任何本质区别。

在观测局域或微观时只能看到一个个振动的粒子，无法看到此起彼伏的波；而观测整体或宏观，只能看到此起彼伏的波，很难注意到一个个振动的粒子。实际上波粒二象性就是整体和局域既互斥又互补，宏观与微观既互斥又互补；因为无法同时看到局域和整体，而全局和局部却能相互补遗，宏观与微观整合才能即了解微观作用机理，又能掌握宏观传递机制。

对粒子或质点受力分析时，可以把握主要因素并忽略次要因素。要是主要因素的受力分析不完备，就无法预测其位置、速度和轨迹。在一般情况下，微观粒子受到场态粒子的作用是主导因素。一旦进入到加速器或磁场，规则的电场力和磁场力就成了主导因素，而场态粒子的力就成了干扰因素，主导因素和干扰因素相差较大，因此就可以较为准确的计算位置、速度和轨迹。

物质波是微观的概率模型，与抛硬币、掷色子、打靶子的概率模型没有任何本质区别。所谓的波函数就是概率模型，也许比宏观的概率模型计算稍微复杂一些，但概率模型的本质点也没有改变。所谓的叠加态与抛硬币正反叠加、掷色子点数叠加、打靶子环数叠加没有任何区别。因此要进行科学的描述物质波，不要过度神话。

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