光的一體兩面

  在已有百年歷史的量子物理中,任何物理實體一律既是波動又是粒子,其中最典型的例子就是光的本質。不過由於這個概念違背直覺,至今量子物理在一般人眼中仍是天方夜譚。像這種已成定論的科學理論,假使在日常經驗中找不到蛛絲馬跡,外人勢必永遠無法接受。好在無論多麼深奧的理論,最基本的概念總是最簡單不過,正是因為簡單過了頭,才使得人人視而不見。

  如何用最生活化的方式來理解這個概念呢?讓我們來研究下面幾個命題。

  命題一:你的正面是你,背面也是你(這是理所當然);你的正面不是你,背面也不是你(因為正面與背面都只是你的一部分,無法完整代表你這個人)。

  命題二:倘若我看得到你的正面,就看不到你的背面;看得到你的背面,就看不到你的正面。

  命題三:你的正面和背面是你的「一體兩面」。

  命題四:我們可以做如下類比:

    光<====>人;波動<====>正面;粒子<====>背面

  命題五:倘若我觀察到光的波動性,就觀察不到光的粒子性;觀察到光的粒子性,就觀察不到光的波動性。

  命題六:波動和粒子是光的「一體兩面」。

  命題七:物理學家在研究光的本質時,無論是觀察到波動性或粒子性,都只是觀察到部分真相而已,就好像瞎子摸象一樣。

  在量子物理出現之前,連物理學家都深信波動與粒子涇渭分明,一個物理實體若是波動就不是粒子,若是粒子就不是波動。可是藉由探索光的本質,他們終於瞭解任何波動都具有粒子性,任何粒子也都具有波動性。這就是量子物理的兩大基石之一「波粒二象性」:自然界沒有單獨存在的波動,也沒有單獨存在的粒子;波動與粒子總是成對出現,不過我們一次只能觀察到其中一面。舉例而言,電子在一般情況下只能顯現粒子性,可是根據「波粒二象性」,電子一定也具有波動性,而這正是電子顯微鏡的基本原理。

  利用正面背面那個例子,「波粒二象性」可解釋為:當你面對某人的時候,雖然你只能看到他的正面,可是你會確信他一定有後腦勺;反之,倘若看到某人的後腦勺,你也會確信此人必定有一張臉孔(除非靈異節目已經令你走火入魔)。

  由於「波粒二象性」已有許多堅實證據,如今物理學家堅信自然界最基本的實體不是波動也不是粒子,而是一種名為「波粒」的混合體。換句話說,波動或粒子都只是表相,而不是實相。這點雖然違背直覺,卻是宇宙最深層的真理之一。而二十世紀近代物理的發展,正是真理一步步取代直覺的過程。





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