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第3章 贵族、炸弹和花粉
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二象性公爵
许多年前，青春懵懂的我去一所大学参加面试，坐在我面前的是四位杰出的科学家，他们问我对量子论了解多少。
我当时太蠢了，在申请书里提到了量子论，所以他们想考考我，让我跌落一两个能量壳层。
我滔滔不绝地讲了一大堆关于波和粒子的事实，试图让他们觉得我非常了解，直到有个人举手示意，让我别说无意义的话，并且非常温和地问我：“那么，电子究竟是粒子还是波？”
然后她坐回去，看着我不知所措的样子。
我一点也不为那次经历感到痛苦，因为平心而论，她问的是一个无解的问题。
电子和光子有不同的行为方式，这个谜团被称为“波粒二象性”
—这个术语的创造者是法国贵族、第七代布罗意公爵路易·皮埃尔·雷蒙（简称路易·德布罗意）。
第一次世界大战期间，德布罗意在军队中服役，之后他坚持接受历史学和物理学的教育，他认为这对理解人类的过去和未来至关重要。
德布罗意20岁的时候，量子论已经成为科学界的一件大事，所以他决定写一篇关于这个核心谜题的论文。
有没有可能宇宙中的事物既不是粒子也不是波，只有当我们做实验的时候它们才呈现出相应的形式？电子和光子是否以某种方式在两种状态之间来回跳跃？我们这些脑袋是否能在量子层面上理解大自然究竟在做什么？
谈到波的时候，我们可以根据它的频率（每秒钟波撞击的次数）和波长（相邻波峰之间的距离）计算它的能量。
由于我们也可以根据运动粒子的质量和速度计算它的能量，德布罗意提出了一个问题：为什么不能让这两个能量相等？如果知道某种物质的粒子属性，我们就能计算出它的能量，然后换一种思路把它想象成波，波的能量就等于我们刚刚计算的能量。
能量是波物理学和粒子物理学之间的“翻译者”
。
起初，这一建议遭到了质疑。
难道我们真的要说每个粒子都有波长，每个波都有质量吗？对德布罗意而言幸运的是，爱因斯坦非常喜欢他的想法，并开始在演讲中表示支持（这总不会有什么坏处）。
根据德布罗意的方法，你可以取任意一个你喜欢的粒子，然后计算它的“粒子波长”
。
只要计算出粒子波长，你就可以搭建大小合适的双缝，并向它发射粒子，从而在另一侧得到干涉条纹。
虽然我们无法想象一个物体同时是粒子和波，但我们的确可以计算并得出可靠的数据。
而且，这也是可行的。
1944年，欧内斯特·沃兰利用德布罗意的理论，在食盐晶体中衍射出比电子重数千倍的中子。
[1]也可以用同样的方法将质子衍射出，尽管令人惊讶的是还没有人做过这个实验，至少没有相关的记录。
但事后来看，我可能不该在那封大学申请书中声称我做了这个实验。
有点极端
质子、中子和电子都像波一样运动，这一点既深刻又古怪。
世界上每一个物体都是由这些粒子构成的，我们把包括自己身体在内的万物都视为粒子，所以我们也都是波。
你的身体有波长，如果以某种方式把你射向合适大小的双缝，那么你也会发生衍射。
如果你感到好奇，我们可以这样说：把一个普通人以每秒30米的速度从大炮中射出，他的德布罗意波长约为0.0000000000000000000000000003米。
如果我们能找到方法，让人体中的所有原子都排列成一条直线，并且有合适大小的双缝，衍射就能真正发生。
我估计在早期实验中，你会用炮弹炸掉志愿者的手。
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