所有物质都是由粒子和波组成的吗？

波粒二象性是量子力学的基石，是我们关于亚原子粒子行为方式的现代理论。二元性指出，所有粒子（事实上是所有物体）都具有与之相关的波状特性。虽然量子力学的大多数标准解释都将这种波状性质视为一种巧妙的数学技巧，用于计算粒子出现在某处或另一处的概率，但一些更激进的解释则将波提升为一种真实的实体，与粒子一样存在。其中一种被称为先导波理论的解释认为，宇宙中的每一种相互作用都可以用一组方程式来描述--只要我们能把这些方程式算出来。

1924 年，法国物理学博士生路易-德-布罗格利提出物质具有波的特性。德-布罗格利的灵感来自光的波粒二象性发现。几个世纪以来，物理学家一直在争论光究竟是由微小粒子还是某种波组成。根据《量子力学史》，19 世纪中期，随着詹姆斯-克拉克-麦克斯韦发现电磁场，并认识到光是由电磁波构成的，这场争论似乎尘埃落定。

但在 1899 年，德国物理学家马克斯-普朗克试图理解一种被称为黑体辐射（受热物体发出的光的光谱）的辐射，而他解释这种辐射特性的唯一方法就是允许光以离散的小块或量子形式发出--这意味着发出的光既可以被描述为粒子，也可以被描述为电磁波。

几年后，爱因斯坦提出，不仅光的发射是量子化的，光本身也是量子化的。爱因斯坦认为，光是由小粒子（最终被命名为光子）组成的，当一堆光子聚集在一起时，它们就像波一样。这种波粒二象性虽然激进，却可以解释大量的实验和观测。

普朗克和爱因斯坦提出，光的波长与其动量成反比。因此，光子的动量（能量）越大，波长就越小。德布罗意利用这一简单的关系，提出了一个看似疯狂的想法。光具有动量和能量，它具有波的特性。物质也有动量和能量，所以也许它也有类似波的特性。

紧张之余，德-布罗格列的论文指导老师把这个想法告诉了爱因斯坦，爱因斯坦对此表示赞同。

虽然量子力学的发展始于普朗克的工作，但其进展却停滞了几十年。德布罗意的想法是将量子理论引入现代形式所需的催化剂。随着波粒二象性的实现，埃尔温-薛定谔等物理学家可以发展出完整的量子理论，解释原子内部电子的行为。

但问题依然存在： 物质波究竟是什么？薛定谔认为，像电子这样的亚原子粒子实际上是横跨空间的，但他的解释与实验并不一致，实验表明电子是点状粒子。后来，德国物理学家马克斯-玻恩提出了一个观点，最终演变成了所谓的量子力学哥本哈根诠释： 物质波是一种概率波，它指示人们下次寻找粒子时可以在哪里找到它们。波值高的地方，找到粒子的可能性就大。

德布罗意有不同的想法。他也认为波是真实存在的，但不是粒子的替代物。相反，他认为波与粒子并存，在空间中传播，告诉粒子该去哪里。没有人能看到粒子轨迹的真实路径，这意味着粒子似乎是由量子随机性引导的，但德布罗意认为这并不涉及随机性。相反 "先导波 "总是知道该做什么

德-布罗格列最终放弃了这一观点，转而支持 "波即概率 "的解释，但几十年后，美国物理学家大卫-玻姆又重新拾起了这一观点，并将其充实为量子力学的完整解释。其他物理学家也被先导波理论所吸引，因为它解决了困扰哥本哈根诠释的一些重大哲学难题。在哥本哈根诠释中，粒子的轨迹存在于我们数学中一些模糊的量子叠加中--我们并不真正 "知道 "量子粒子到底在做什么，我们只能猜测某些结果发生的概率。

相比之下，先导波理论的优势在于，理论中的一切都是真实的、确定的--这里没有概率。相反，在先导波理论（也称为玻色力学）中，与每个粒子相关的波在空间中移动，做波自然会做的事情（反射、干涉、扩散等）。在观察者看来，量子随机性只是粒子真实轨迹被隐藏这一事实的反映。

然而，这一事实必须付出代价。当两个粒子相互作用时，它们的先导波会相互作用并纠缠粒子。纠缠是一个量子力学过程，在这个过程中，亚原子粒子的命运被联系在一起，甚至跨越遥远的距离，因此一个粒子的变化会立即导致另一个粒子的变化。这需要一个波方程来同时描述这两个粒子，而且它们必须神秘地 "知道 "另一个粒子在做什么，无论它们相隔多远。这是量子力学的标准结果，并不太令人惊讶。但在先导波理论中，这种纠缠延伸到了粒子本身的位置。

由于所有粒子都与宇宙中所有其他粒子纠缠在一起，因此有一个单一的波方程可以同时描述所有粒子，并以某种方式将它们的位置联系在一起。这意味着，在先导波理论中，你体内原子的运动受到整个宇宙中每一个粒子行为的影响。- 而存在着一个可以将宇宙万物联系在一起的单一方程。

虽然这种暗示并没有排除先导波理论，但它确实使这一提议难以被接受为正确的物理学理论--毕竟，我们怎么能自信地声称我们已经分离了实验内部的所有行为并理解了发生了什么？

强调粒子的位置，而不是它们的速度，也使得该理论难以与相对论完全兼容，因为相对论认为位置和速度必须同等对待。没有这种兼容性，就很难将先导波理论扩展到量子理论适用的各种物理系统中（如高能粒子对撞机）。

这些难题总有一天会有答案，而在过去几十年里，人们对先导波理论的兴趣与日俱增。但是，在这个问题完全解决之前，波粒二象性的现实仍然是一个值得品味问题。