量子物理学的波粒二象性原理认为，物质和光都表现出波和粒子的行为，这取决于实验的环境。这是一个复杂的话题，但却是物理学中最有趣的话题之一。

光的波粒二象性

在17世纪，克里斯蒂安·惠更斯和艾萨克·牛顿提出了光行为的竞争理论。惠更斯提出了光的波动理论，而牛顿提出了光的“微粒”（粒子）理论。惠更斯的理论在匹配观测方面存在一些问题，而牛顿的声望有助于支持他的理论，因此，一个多世纪以来，牛顿的理论一直占据主导地位。

在十九世纪早期，光的微粒理论出现了复杂性。首先，人们观察到了衍射现象，但它很难充分解释这一现象。托马斯·杨（Thomas Young）的双缝实验产生了明显的波动行为，似乎坚定地支持光的波动理论而不是牛顿的粒子理论。

波通常必须通过某种介质传播。惠更斯提出的介质是发光的乙醚（或者用更常见的现代术语，乙醚）。当詹姆斯·克拉克·麦克斯韦量化一组方程（称为麦克斯韦定律或麦克斯韦方程）来解释电磁辐射（包括可见光）是波的传播时，他假设以太就是传播介质，他的预测与实验结果一致。

波动理论的问题在于从未发现过这样的乙醚。不仅如此，詹姆斯·布拉德利（James Bradley）在1720年对恒星像差的天文观测表明，乙醚相对于运动的地球必须是静止的。在整个19世纪，人们都试图直接探测乙醚或其运动，最终导致了著名的迈克尔逊-莫利实验。他们都未能真正探测到乙醚，导致了二十世纪初的一场大辩论。光是波还是粒子？

1905年，阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）发表了一篇解释光电效应的论文，提出光作为离散的能量束传播。光子中包含的能量与光的频率有关。这个理论被称为光的光子理论（尽管光子这个词直到几年后才被创造出来）。

对于光子，乙醚不再是传播的必要手段，尽管它仍然留下了为什么观察到波行为的奇怪悖论。更奇特的是双缝实验的量子变化和康普顿效应，这似乎证实了粒子的解释。

随着实验的进行和证据的积累，其影响很快变得清晰和令人震惊：

物质中的波粒二象性

大胆的德布罗意假说解决了物质中是否也存在这种二元性的问题，该假说扩展了爱因斯坦的工作，将观察到的物质波长与其动量联系起来。1927年的实验证实了这一假设，1929年德布罗意获得诺贝尔奖。

就像光一样，物质似乎在适当的条件下同时表现出波和粒子的特性。很明显，大质量物体的波长很小，事实上很小，用波的方式来考虑它们是毫无意义的。但对于小物体来说，波长是可以观察到的，而且意义重大，这一点可以通过电子的双缝实验得到证实。

波粒二象性的意义

波粒二象性的主要意义在于，光和物质的所有行为都可以用一个表示波函数的微分方程来解释，通常是薛定谔方程的形式。这种以波的形式描述现实的能力是量子力学的核心。

最常见的解释是，波函数表示在给定点找到给定粒子的概率。这些概率方程可以绕射、干涉和显示其他类似波的特性，从而产生最终的概率波函数，也可以显示这些特性。粒子最终按照概率定律分布，因此表现出波动特性。换句话说，粒子出现在任何位置的概率都是波，但粒子的实际物理外观不是波。

虽然数学虽然复杂，但能做出准确的预测，但这些方程的物理意义却很难理解。试图解释波粒二象性“实际上意味着什么”是量子物理学争论的一个关键点。有许多解释试图解释这一点，但它们都受到同一组波动方程的约束。。。最终，我们必须解释同样的实验观察结果。

安妮·玛丽·赫尔曼斯汀博士编辑。