宏觀世界也存在“波粒二象性”？

葉明山

電子、質(zhì)子等微觀客體普遍具有“波粒二象性”，而其中的“波”是幾率波。宏觀世界是否也存在“波粒二象性”呢？在回答這個問題之前，需要先說說微觀粒子的幾率波是怎樣產(chǎn)生的。

對于微觀粒子幾率波的成因，不同的學(xué)派有不同的觀點(diǎn)。其中，“隨機(jī)過程”學(xué)派認(rèn)為是由于微觀粒子在某種隨機(jī)作用下作布朗運(yùn)動，更有一些物理學(xué)家明確指出這種隨機(jī)作用來源于真空的隨機(jī)漲落。

如果幾率波緣于布朗運(yùn)動的觀點(diǎn)是正確的，那么宏觀世界在一定條件下也可以存在“波粒二象性”。假設(shè)真空是一種特殊的氣體，那么真空中的隨機(jī)漲落與普通氣體中的隨機(jī)漲落應(yīng)該具有相似性。由此可以推論，在普通氣體中運(yùn)動著的布朗顆粒（相似于在真空中運(yùn)動的電子）及在普通氣體中傳播的高頻超聲脈沖（相似于在真空中傳播的光子），也都應(yīng)該具有幾率波的特性。

為了驗證這個推論，筆者做了粉末團(tuán)粒的衍射實驗。取一個長、寬、高均為30cm左右的箱子，箱子側(cè)面有透明的觀察窗，箱頂中央開一個圓孔，將一些直徑約0.1mm的滑石粉團(tuán)粒從箱頂圓孔中心一粒一粒依次自由下落到箱內(nèi)平板上。起初，粉末團(tuán)粒雜亂無章地分布，隨著團(tuán)粒數(shù)量的增加，它們在平板上分布的規(guī)則性就越來越明顯，最終呈現(xiàn)出一幅由幾個同心環(huán)構(gòu)成的衍射圖樣。如果在實驗前改變箱內(nèi)平板至箱頂中央圓孔之間的距離，那么衍射圖樣中的同心環(huán)大小也隨之改變。并且，隨著上述距離的改變，衍射圖樣的中心有時落有粉末團(tuán)粒，是“亮點(diǎn)”，有時沒有落粉末團(tuán)粒，是“暗點(diǎn)”。

對于粉末團(tuán)粒的衍射圖樣，一種比較合理的解釋是：空氣的隨機(jī)作用導(dǎo)致粉末團(tuán)粒下落時附加布朗運(yùn)動，這種復(fù)合運(yùn)動能形成幾率波，因此，粉末團(tuán)粒就有了波粒二象性。當(dāng)然，這與量子力學(xué)沒有直接的關(guān)系，這里的波也不是德布羅意波。但是，這里的波和德布羅意波都是幾率波。這個實驗的目的之一也是為了（間接）驗證國內(nèi)外一些物理學(xué)家關(guān)于微觀粒子的幾率波緣于布朗運(yùn)動的觀點(diǎn)。

當(dāng)然，這只是個定性的實驗。筆者不是職業(yè)的實驗物理研究者，沒有條件測定粉末團(tuán)粒的動量，因而不能對實驗結(jié)果作定量研究；也無力進(jìn)行更進(jìn)一步的實驗研究（如，改變箱內(nèi)氣體的成分、氣壓、溫度，或改變粉末團(tuán)粒的運(yùn)動速度，以及在真空中做對照實驗等）。本文的主要目的就是希望對此有興趣的職業(yè)物理學(xué)者做更精確的實驗，做相關(guān)的理論研究，早日解開“波粒二象性”之謎。