如何通过量子力学来准确阐释波粒二象性

（文章来源：网络整理）
光到底是波还是粒子？这是一个曾经争执了上百年的问题，有人认为光是波，有人认为光是粒子。到了20世纪初，这两种理论已经完全背道越走越远，并且都各自坚信自己的理论才是唯一正确的。究竟是波还是粒子，大家决定用一个实验来证明，即双缝干涉实验。

简言之，就是在一块板上开两个距离适中的小缝，板的一边是一个光子发射器，另一边是一个感光屏。用光子发射器对准双缝发射光子，如果光是由粒子组成，那当它通过双缝后，呈现在感光屏上的一定会是是两道杠；反之，如果光是波，那么感光屏上就会留下如斑马线一样的多道条纹。根据波动理论，当波动穿过缝隙时会形成两个波源，两道波各自震荡干涉，波峰与波峰之间强度叠加，波峰与波谷之间相互抵消，最终屏幕上会出现一道道干涉条纹。总之，两道杠，说明光具有粒子性；多条纹，说明光具有波动性。

第一次试验，把光子发射器对准双缝发射，结果感光屏上出现了多道条纹。而按照之前的推论，这似乎完全证明了光是波的理论。但是还有认为光是粒子的理论，那么进行第二次试验，把光子发射器切换到点射模式，即每次只发射一个光子，让光子逐一通过狭缝。如果之前的推论正确的话，当发射足够多的光子后，感光屏上只会出现两道杠。然而一段时间后感光屏上却同样出现了干涉条纹（斑马线）。这让人感到费解，明明同一时间两个缝隙只有一个有光子通过，那这个光子是在和谁进行干涉呢？难道它是在和自己干涉吗？这似乎不太可能。

为了弄清这个问题，决定进行第三次实验。此次试验与以往不同的是在屏幕左右加装了两个观测镜头，哪边的看到光子就说明光子穿过了哪条缝。通过最终观测数据发现，光子确实是从两个缝进行单一通过。正当科学家以为一切都真相大白的时候，却出现了诡异的一幕——感光屏上出现了明显的两道杠。为什么会这样？之前明明是多道干涉条纹，为什么加了观测镜头条纹就由斑马线变成两道杠了？就好像光子知道有镜头在观察它一样，没有观测镜头的时候是波，有观测镜头的时候就变成了粒子。

所有人都疑惑不解的时候，爱因斯坦提出了一个大胆的假说，即“光量子假说”。并在后来据此演化出来了波粒二象性，即光既可以表现出波的性质，也可以表现出粒子的性质。而这其中的变量取决于观测方式的不同。到这里，所有的问题似乎都迎刃而解，用波粒二象性都能够解释的通。

然而1979年，由爱因斯坦的同事约翰.惠勒所提出的“延迟选择实验”却对经典物理学造成了前所未有的冲击。为了便于理解，我们还是以双缝干涉实验来讲，不过这次不同的是，发射光子前屏幕前没有观测镜头。发射光子后，在光子落在感光屏之前加上观测镜头，结果无论加观测镜头的速度快慢，感光屏上出现的一定是两道杠；反之，如果一开始有观测镜头，哪怕在最以后一刻撤掉，感光屏上出现的一定是干涉条纹（斑马线）。

而这里加或者不加观测镜头均是在光子穿过缝隙之后决定的，也就是说光子的状态在加或者撤掉观测镜头之前就已经定型了，那么为什么实验结果在最后一刻还会发生变化？难道加或者撤掉观测镜头再次改变了已经定型的光子？也就是说现在的选择改变了过去既定存在的事实？这让物理学家们感到数百年来的经典物理学体系似乎正在崩塌，这里套用波尔的一句话，“在观测发生前，没有任何物理量是客观存在的。”这样似乎一切又都能解释的通。

量子力学告诉我们，粒子可以同时处在不同的状态下，这是量子力学中的态叠加原理。即光可以不同概率同时是波和粒子的状态，而具体情况则取决于观测方法。当正常用双缝实验测试时，粒子全部坍缩为波状态，便得到了光的波动性；而架设观测相机观测时，波动状态则全部坍缩为粒子状态，便得到了广德粒子性。
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