量子力学告诉你：你的身体也是波粒二象性的

量子力学告诉你：你的身体也是波粒二象性的科学认识君的《通俗物理100课》系列【第二课：波粒二象性】可以说伽利略与牛顿建立起了物理学，在此之前并没有物理学这门学科，研究自然的学问叫自然哲学，其与物理学的根本区别在于实验。物理学是研究自然现象的科学，归根结底就是研究物质的组成，相互作用和运动规律的学科。面对多彩缤纷的自然世界，人们总会发问，组成这一切的物质是什么？它们是否可无限细分？其实早在2400多年前的古希腊时期，德谟克利特就主张“原子论”，不过他认为的原子和现在所认知的原子完全不同。他认为世界万物就是由一种基本元素构成，这种元素很小且是不可再分实体“小球”。这种实心小球的排列组合顺序构成了大千世界的千变万化，这就是他心中的原子。直到两千多年后的18世纪，人们才用实验证实了原子的存在。不过那时候对原子的认识还很肤浅。牛顿对原子的探索并没有什么建树，之后人类对原子的认识经历了道尔顿的实心球模型，汤姆逊的葡萄干蛋糕模型，卢瑟福的行星模型，玻尔的能级模型和电子云模型。Rutherford(1911)(thonuctous)Schrodinger(1926) W饥严朴打开今日头条，查看更多精彩图片Rutherford(1911)(thonuctous)Schrodinger(1926) W饥严朴打开今日头条，查看更多精彩图片 Bohr(1913)(energylevels)Thomson(1904)(positiveandnegattvecharges)原子模型发展史我们现在知道了原子是由原子核和核外电子构成，原子核又由质子和中子构成，原子核的正电属性是由质子体现出来的，中子是不带电的。并且原子的质量几乎都聚集在原子核上。其实在19世纪之前，人类并不了解原子内部的构造，也更不了解

电子的运动。所以那时候牛顿力学的危机并不是很突出。直到科学家观测到原子核外电子的运动时，牛顿力学彻底在微观领域失效了。按照牛顿力学的计算，电子这种东西严格来说就不应该存在于原子核外它应该直接和质子中和掉。按照经典力学的解释，带正电的质子会产生电场，而电子在这种电场中蹦跶不了多久就会被吸引到质子上，并与其抵消。可是电子的运动完全不是这样的，电子依旧蹦跶得很活波，经典力学的统治时代宣告解释。经过了一个世纪的探索，我们可以自信的说，量子力学在次原子级别是正确的。我们现在知道了众多的微观粒子，以及它们的相互作用形式。自然界存在四种力，按照作用的强度依次分为：强相互作用（核力），电磁力，弱力，引力。TheFourFundamental

ForcesofNatureElectro*~Weak~IStrongmagnetismInteraction四大相互作用力物理学家从电磁力传播所依赖的电磁场中得到启示，其他三种力也应该是通过“场”来传递力的。物理学家继续从电磁力传播所依赖的传播子（光子）中得到启示，其他三种力也应该通过各自的传播子完成的。也就是说，这四种力，每一种都是依赖场中的传播子进行的

但有场未必有传播子，而有传播子一定有场的存在静止电荷会产生电场，在电场中的其他电荷会因此受到作用，但这其中并没有光子这样的传播子。如果静止电荷运动起来，那其造成的电场也会是波动的，变化的电场就会产生变化的磁场，电磁场就此产生。电磁场的传播子是光子，光子是一份份运动的能量，这些能量通过质能方程E二MG转换成光子的质量，并且具有波粒二象性。波粒二象性我们最早知道了光是波粒二象性的，随后的电子双缝干涉实验证明了电子也具有波粒二象性。其实除了微观粒子，整个宇宙中的所有物体，不管是微观的电子还是宏观的星球都是物质波。或许这有些难以理解，我可以从简单的电磁波讲起。电磁波其实就是核外电子辐射出的一份基本能量，电子是带负电的电荷，电子总是在运动，那么电子就会产生变化的电场，进而导致变化的磁场，变

化的磁场又产生变化的电场，就这样电磁场就传播开来了，电磁场可以传播能量，这能量就是光子。光子是如何运动的？知识补充：光是一种电磁波，电磁波传播速度c二波长入X频率f,真空中光速恒定。光子不仅是一种粒子也是一种波，光子的运动频率不同导致了形形色色的电磁波产生。光子的运动频率从100hz到10的27次方不等，其名称依次可以是电扰动，无线电，雷达波，可见光，X射线，伽马射线 RadioMicrowave|Garnma-rayInfrared|Ultraviolet|X-ray*SkeScaleHandRadioMicrowave|Garnma-rayInfrared|Ultraviolet|X-ray*SkeScaleHand_widthPin Widlhafaheod HumaniiairSingle

CeihMoleculesAtoms电磁波波长排序电扰动虽然也是电磁波，但频率很低，波长就很长，甚至可以达到数千公里，从一个波峰到另一个波峰的距离太远了，所以波动的性质并不明显。就好像是在湖面上相隔10公里才有两个凸起的波浪，这个湖面会显得很平静，所以电扰动更像是场。而无线电，雷达波的频率就高出电扰动的好几个数量级，它们的波长就更短，波峰距离不大，更像是波。可如果频率继续增加，比如宇宙中的伽马射线，它虽然也是电磁波，但其频率极大，导致波长极短，有的波长才10的负14次方米，比原子半径还小到多。那么这些电磁波的波峰距离就极短，两个波峰更像是浑然一体的粒子了，而不像是波。所以从电磁波的波长高低来划分，波长长的更像场，波长中等的更像波，波长短的更像粒子。所以光子的频率差异会让其体现出显著的粒子态或波动态。但不管如何，光子同时具有波动性和粒子性。德布罗意的物质波告诉我们，人类也是波粒二象性的，只不过人体波动的频率太大了，而波长太小了，以至于现有的仪器都无法观测到这种波动，所以人体更显得是个实在物体。既然所有的物质都是波粒二象性的，那么夸克也是（目前发现原子内部最小尺度的粒子），倘若还有比夸克还小的粒子，那么它也是波动的。宇宙中数百个基本粒子构成了宏观世界的多样性，基本粒子之间的作用关系很复杂，我们甚至都理不清它们之间的关系。但唯一可以确定的是所有粒子都是波动的，光子是波动的能量，这种电磁波因频率的不同时而表现出粒子性，时而表现出波动性。当然我们可以借助这种思想建立一种大一统理论。我们假设，现在所说的光子，电子压根就不是什么基本粒子，而是由一种更小的波动能量构成，这种波动就是超弦理论中的弦，弦的不同振动形式会表现出不同的基本粒子。

那么