物質(zhì)波與波函數(shù)

量子力學(xué)中波函數(shù)的物理意義是什么?答案遠(yuǎn)不止一種。為了使相應(yīng)的物理解釋與實驗現(xiàn)象和人的認(rèn)識邏輯一致,近3/4世紀(jì)以來,世界一流的物理學(xué)家和科學(xué)哲學(xué)家費盡了思索，爭論十分激烈,時至今日仍然沒有完結(jié)?，F(xiàn)在讓我們共同走進(jìn)這歷史的探索歷程…

一、     德布羅意物質(zhì)波及其導(dǎo)波理論和雙重解解釋

1924年,英國<哲學(xué)雜志>第9期刊載了一位當(dāng)時并不知名的物理學(xué)者路易.德布羅意的文章。作者在文中首次提出了“物質(zhì)波”概念。此前,人們只知道光波、聲波、水波等,卻從來沒有聽說過什么“物質(zhì)波”。

什么是物質(zhì)波? 德布羅意頭腦中的物質(zhì)波與實物粒子相伴生,人的感官無法直接觀察到。它既不同于光波,也不同于聲波,更不象水波。物質(zhì)波難以捉摸,玄而又玄,很是離經(jīng)叛道。盡管德布羅意通過假設(shè)“與點粒子內(nèi)部有一個對應(yīng)振動,并利用狹義相對論絡(luò)倫茲變換,推導(dǎo)出了一個K系沿x正方向傳播的物質(zhì)波表達(dá)式”,但當(dāng)時許多物理學(xué)家仍對它表示公開的懷疑。

德布羅意力排眾議,堅信物質(zhì)波的存在,認(rèn)為物質(zhì)波產(chǎn)生于任何物體的運動，行星,衛(wèi)星,汽車,飛機,走石,飛砂,原子,質(zhì)子,中子,電子等等從宏觀到微觀概不例外?？傊?，一切運動的物體都伴有物質(zhì)波。德布羅意假設(shè)物質(zhì)波的波長λ等于普朗克常數(shù)h除以運動物體的動量mv，即 λ=h/mv，m為物體的質(zhì)量,v為物體的運動速度。也就在1924年,人們發(fā)現(xiàn)了電子的衍射圖象,電子真的既是粒子又是波! 德布羅意物質(zhì)波得到了實驗證實。

人們不可想象,一個飛向障礙物的電子,會發(fā)生衍射,繞過障礙物跑到它的背后去了!在宏觀世界,波和粒子是兩種不能并存的存在。波是運動形式在媒質(zhì)中的傳播,粒子是物質(zhì)對空間的占有。一列波通過某地,另一列波也可以同時通過某地, 波可以疊加；而粒子則不能,一個粒子占據(jù)了某地,另一個粒子就無法占據(jù),粒子沒有可入性,不能同地疊加。一個電子怎么可能既是粒子又是波呢!

實驗表明,電子確實既是粒子又是波。德布羅意物質(zhì)波真的確實存在！波和粒子不是“非此即彼”,而是“亦此亦彼”。

德布羅意對物質(zhì)波做了導(dǎo)波解釋,它是雙重解理論的簡化形式:電子騎在自已的波上!只有當(dāng)電子停止運動時,電子波才消失。當(dāng)電子速度很低時,電子的波長很長,比電子本身大好幾千倍；電子停止運動，波長變得無窮大,波峰波谷相距無窮遠(yuǎn)，波當(dāng)然也就不存在了；速度增加,波長縮短,好象粒子將波收入自身之中。

顯然,德布羅意物質(zhì)波的圖象生動,誘人。但這只是一種猜想,還沒有給出真正有說服力的科學(xué)解釋。

在雙重解理論中,德布羅意認(rèn)為，量子力學(xué)的波動方程具有兩種不同的解，一個是具有統(tǒng)計意義的連續(xù)波 函數(shù), |ψ|²給定某處找到粒子的幾率密度；另一個是奇異解u，u的運動奇點描述所討論的粒子；粒子是能量在u的奇異性區(qū)域中的凝聚。具有統(tǒng)計意義的連續(xù)解 為平面單色波，它起著導(dǎo)航作用，指導(dǎo)電子的行動,可產(chǎn)生衍射效應(yīng)。在德布羅意那里，構(gòu)成物理實在的不是波或粒子，而是粒子和波。粒子和波既不是分離物，也不是有機的統(tǒng)一體，而是一種混和物，粒子騎在波上，波引導(dǎo)粒子而行。雙波（雙重解）理論中，奇異解在中間，代表粒子，而線性的平面波解在周圍，模型類似“鐵餅”。由于數(shù)學(xué)困難，深入發(fā)展緩慢。