关于波粒二象性的理解与展望
摘要：本文从光电效应出发，阐述了波粒二象性的提出及近些年来对波粒二象性的一些实验等方面进行叙述，以求对波粒二象性的认识。

关键词：波粒二象性 Which—Way实验波粒二象性的同时观察
正文：
光学是一门古老的基础学科，人们对光本性的认识经历了漫长而曲折的过程。

一方而人们通过光的衍射、干涉等现象认识到光具有波动性，另一方而人们在对光电效应及黑体辐射等实验现象的解释中发现又必需把光当成一种粒子。

从经典物理的角度来看，光的这两种不同的特性属于两个完全不同的概念。

然而，爱因斯坦却把光的波动性和粒子性统一了起来，提出了光的波粒二象性。

1.波粒二象性的提出
1887年，光电效应被德国物理学家赫兹发现，这种特殊的光效应令波动说与粒子说都陷入了一种尴尬的境地。

首先，虽然光的波动说在当时已经成为主流，但波动说完全无法解释光电效应现象。

另一方面，一直以来都能解释波动说无法解释的光学现象的粒子说也只能对光电效应做出部分解释，虽然根据粒子说理论，可以认为光电效应中的电子是被光的粒子撞击出去的，但为什么蓝光可以引发光电效应而红光不能，这点连粒子说也无法解释。

可以说，光电效应令两派学说同时面临瓶颈。

1905年为了解释光电效应，爱因斯坦受到普朗克能量子假说的启发，提出了光量子的假说。

他在著名论文《关于光的产生和转化的一个试探性的观点》一文中总结分析了在光学发展中“微粒说”和“波动说”长期争论的历史，指出了经典理论存在的困难，他认为只有把光的能量也看成是不连续分布，而是一份一份地集中在一起，就能对光电效应做出合理的解释说明。

这样爱因斯坦发展了普朗克的能量子的概念，创造性地提出了光量子（即光子）的概念，并把它用之于光的发射和转化上，光子的能量为E=hν，其中ν为光的频率，这样能很合理地解释光电效应等现象。

在1917年，爱因斯坦又指出光子不仅有能量，而且还具有动量，其中动量
p=h
λ或者p=hk
式中波矢k=2π
λ
，这样就把标志波动性质的频率ν和波长λ通过一个普适常量——
普朗克常量h，与标志粒子性质的E和P联系起来了。

爱因斯坦对光的本性作了辩证的思考，明确地提出了光的波粒二象性，认识到光同时具有波动性和粒子性。

需要注意的是，爱因斯坦虽然提出了光的波粒二象性，但在该理论中，无论是波动性还是粒子性都与经典物理学中的概念有一定的差异。

换言之，光作为波的性质不属于经典波，作为粒子的性质也不属于经典粒子。

因此，爱因斯坦所提出的波粒二象性更近似于一种概念上的统一，这也是其在量子力学中的应用基础。

2.波粒二象性的发展与前景展望
近几十年来，量子力学在当代实验技术推动下有了一系列新进展，增进了人们对微观客体波粒二象性的认识。

2.1 Which—Way实验
由于粒子概念、波动概念源于经典物理，因此如果人们把经典物理中的粒子概念和波动概念一成不变地用于微观粒子，由此进行逻辑推理，必然导致种种矛盾。

量子力学的奠基人之一玻尔提出了“互补原理”对此作了说明。

以电子双缝实验为例，如果人们在双缝后面放置某种探测装置，明确指示出电子是经过双缝中的哪一狭缝运动到探测屏的，则未放置探测器时的清晰干涉条纹便会消失，这就是所谓的“Which—Way”实验。

WW实验说明，只有无法确定粒子的路径时才能得到完美的干涉图像。

一般情况，部分知道粒子的路径信息，同时获得不太完美的干涉条纹。

在某种意义上，由实验导出的不等式可以看作波粒二象性概念的定量化，并且没有用任何形式的海森堡测不准关系。

在各种粒子的双缝干涉实验中，干涉效应表明了粒子的波动性。

但是，如果测量粒子通过哪一条缝便强调了波粒二象性中的粒子性，与之互补的波动性就被排斥出去，干涉条纹便不再存在。

这就是量子力学的互补性原理。

它定量地由测不准关系形象描述。

对量子相干或退相干等许多量子现象的本质问题迄今还没有得到最后的答案。

在原子干扰仪的WW 实验中，原子的质心运动用平面波描述，波函数对原子。