波動是自然界中常見的現(xiàn)象。例如，生活中隨處可見的水波，傳遞聲音的聲波，還有傳遞能量和信息的電磁波等。

     粒子在日常生活中更為常見。南方人一日三餐碗中的大米飯是粒子形狀，粘在面包表面的芝麻是粒子形狀，很多水果的種子都是粒子形狀……我們習(xí)慣借用宏觀世界的粒子形狀來理解微觀世界的物質(zhì)。例如，光、電子、原子之類物質(zhì)，我們喜歡將他們想象成粒子形狀的東西。雖然人類的大腦雖然具有抽象能力，但要描述或理解事物，必須得借助日常經(jīng)驗(yàn)到的物體形象。

     在宏觀世界，事物要么表現(xiàn)為粒子的形態(tài)，要么表現(xiàn)為波的形態(tài)，不可能表現(xiàn)出既是粒子又是波的形態(tài)。就像一個物體，不可能既是圓形又是方形。

     但在微觀世界，兩種看起相互矛盾的東西，卻可以同時呈現(xiàn)在一起。例如，在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光表現(xiàn)為波態(tài)；關(guān)掉其中的一個縫隙，光則表現(xiàn)為粒子態(tài)。雙縫干涉實(shí)驗(yàn)表明，光具有粒子和波兩種形態(tài)，也可以叫做波粒二象性。

     波粒二象性，是指所有的微觀粒子或量子系統(tǒng)，不僅可以部分地以粒子的術(shù)語來描述，也可以部分地用波的術(shù)語來描述。大家也可以簡單地理解為“在微觀世界，粒子具有波的特性，波也具有粒子的特性”。波粒二象性，是微觀粒子的基本屬性之一。在非觀察的情況下，微觀量子系統(tǒng)處于粒子態(tài)和波態(tài)的疊加態(tài)。

     經(jīng)典的“粒子”概念和“波”概念，無法完整描述量子系統(tǒng)的物理行為。

     1905年，愛因斯坦提出光量子假說，成功地解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象，進(jìn)一步證明了光是一種粒子。愛因斯坦說：“好像有時我們必須用一套理論，有時候又必須用另一套理論來描述（這些粒子的行為），有時候又必須兩者都用。我們遇到了一類新的困難，這種困難迫使我們要借助兩種互相矛盾的的觀點(diǎn)來描述現(xiàn)實(shí)，兩種觀點(diǎn)單獨(dú)是無法完全解釋光的現(xiàn)象的，但是合在一起便可以?！?/p>

     1924年，德布羅意大膽提出“物質(zhì)波”假說，認(rèn)為和光一樣，一切物質(zhì)都具有波粒二象性。這一假說后來被電子衍射試驗(yàn)所證實(shí)。電子衍射試驗(yàn)說明電子也是一種粒子。

     有意思的是：電子是作為一種假想的粒子而被發(fā)現(xiàn)的，后來證明了它也是波；光本來被證明是電磁波的，后來發(fā)現(xiàn)它也是粒子。

     1929年，奧托·施特恩團(tuán)隊(duì)完成的氫、氦粒子束衍射實(shí)驗(yàn)，演示出原子和分子的波動性質(zhì)。

     1999年，維也納大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)觀察到C60的衍射。C60是一種由60個碳原子構(gòu)成的分子，形似足球，又名足球烯。

     2003年，維也納研究團(tuán)隊(duì)演示出由108 個原子組成的氟化巴基球分子的波動性，在量子—經(jīng)典界限附近，觀測到大分子的波動現(xiàn)象。

     2013年，科學(xué)家通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)，質(zhì)量超過10000u的巨型分子，也能發(fā)生干涉現(xiàn)象。

     2015年，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院科學(xué)家成功拍攝出光同時表現(xiàn)波粒二象性的照片。

     在日常生活中，人們之所以觀測不到物體的波動性，是因?yàn)樗鼈兊馁|(zhì)量太大，可能發(fā)生波動性質(zhì)的尺寸非常微小，現(xiàn)有儀器幾乎無法觀測得到。

     需要提醒一下，對于大分子的波動性，大家不要理解為這些“物質(zhì)顆?！钡倪\(yùn)動軌跡，就像蛇一樣，走彎彎曲曲的波浪線。同樣要像理解電子的波動性一樣，這些“物質(zhì)顆?！钡牟▌有?，是指它們在某一空間內(nèi)出現(xiàn)的概率。它們同樣像電子一樣，在同一時刻，可以出現(xiàn)在不同的地方。在非觀測的情況下，它們的位置是一種疊加態(tài)，具有不確定性。

     記得前段時間，我曾經(jīng)說過，DNA分子在復(fù)制的過程中，會受到“不確定性原理”的影響，從而發(fā)生翻譯錯誤。很多朋友表示不同意，認(rèn)為分子作為一種宏觀物質(zhì)，不適用于量子力學(xué)解釋。今天了解了大分子的衍射實(shí)驗(yàn)，應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)變一下觀念。

     微觀事物的波動性，歸根到底，屬于量子的不確定性。也正是這種不確定性，才導(dǎo)致了基因復(fù)制無法做到百分之百準(zhǔn)確，于是基因變異造就了五彩繽紛的生命世界。