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(gè)問(wèn)題之前，需要先說(shuō)說(shuō)微觀粒子的幾率波是怎樣產(chǎn)生的。

對(duì)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(guò)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(dòng)，更有一些物理學(xué)家明確指出這種隨機(jī)作用來(lái)源于真空的隨機(jī)漲落。

如果幾率波緣于布朗運(yùn)動(dòng)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(dòng)著的布朗顆粒（相似于在真空中運(yùn)動(dòng)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(yàn)證這個(gè)推論，筆者做了粉末團(tuán)粒的衍射實(shí)驗(yàn)。取一個(gè)長(zhǎng)、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(kāi)一個(gè)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(wú)章地分布，隨著團(tuán)粒數(shù)量的增加，它們?cè)谄桨迳戏植嫉囊?guī)則性就越來(lái)越明顯，最終呈現(xiàn)出一幅由幾個(gè)同心環(huán)構(gòu)成的衍射圖樣。如果在實(shí)驗(yàn)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(shí)落有粉末團(tuán)粒，是“亮點(diǎn)”，有時(shí)沒(méi)有落粉末團(tuán)粒，是“暗點(diǎn)”。

對(duì)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(shí)附加布朗運(yùn)動(dòng)，這種復(fù)合運(yùn)動(dòng)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(méi)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(gè)實(shí)驗(yàn)的目的之一也是為了（間接）驗(yàn)證國(guó)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(dòng)的觀點(diǎn)。

當(dāng)然，這只是個(gè)定性的實(shí)驗(yàn)。筆者不是職業(yè)的實(shí)驗(yàn)物理研究者，沒(méi)有條件測(cè)定粉末團(tuán)粒的動(dòng)量，因而不能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作定量研究；也無(wú)力進(jìn)行更進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)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(dòng)速度，以及在真空中做對(duì)照實(shí)驗(yàn)等）。本文的主要目的就是希望對(duì)此有興趣的職業(yè)物理學(xué)者做更精確的實(shí)驗(yàn)，做相關(guān)的理論研究，早日解開(kāi)“波粒二象性”之謎。