在传统认知里,电子常被视作微小的粒子。但事实真是如此吗?
其实,电子并非 “粒子”,它本质上只是一种波。

在物理课本里,我们学到光子具有波粒二象性,即它有时表现得像波,有时又像粒子。
网络上也有大量文章在讨论双缝干涉实验、β 辐射、电子枪等物理概念时,提及光子或电子会呈现出波和粒子两种不同特性。

比如,β 射线本质就是电子流,老式电视显像管则是依靠电子依次轰击荧光粉点阵来显示图像,这似乎都在暗示电子是粒子。
量子力学里并不存在任何粒子的概念。
量子力学并未表明波同时是粒子,也没有说粒子有时是波、有时又是粒子。
在早期量子理论发展阶段,也就是与光电效应和黑体辐射相关的研究中,电磁波和粒子本无关联。科学家们发现电磁场具有离散的能级,并将不同频率电磁波的最小能级定义为电磁波的量子,也就是光子。

但这里并没有说电磁波的量子就是粒子。爱因斯坦证实了电磁波的能量能以离散方式出现,这验证了普朗克的理论,但他也未提及离散的就是粒子。
由此可见,从量子理论诞生之初,就没有科学家认定量化的波就是粒子。
当我们思考波如何具有离散能级时,就会遇到一些难以理解的情况。波的能量和振幅成正比,若能级连续,波的振幅也应连续;而可量化的能级意味着波的振幅也需量化,这在早期量子理论中是十分 “诡异” 的问题 —— 振幅究竟该如何量化呢?

以绳子上的驻波为例,它的振幅并非连续变化,而是在一段时间内保持恒定,然后 “跳跃” 到另一个级别,再重复这个过程。驻波在多个方面都表现出离散性。
同样,当向空穴内的原子施加离散能量辐射时,原子会产生振动,其振幅必然是离散的,能够进行量子化。但原子是实实在在的粒子,它的振幅为何能离散呢?这在量子力学发展初期,是大多数物理学家都极为关注的问题。

按照上述思路进一步推导,原子或许只是几种不同波相互作用形成的波的集合。其中,电子可看作一种波,质子和中子则可视为由复杂夸克波构成的另一种波。我们所处的物质世界,实际上就是各种复杂波相互作用的结果。
从本质上来说,我们的身体和所看到的光并无区别。
粒子实际上并不存在。
虽然我们在描述中使用了 “粒子” 这个词,但这只是为了便于在经典物理的语境下理解。

早期量子理论实际上仍属于经典物理学范畴,当时的物理学家难以接受波会像粒子一样的观点。实际上,粒子虽能表现出离散行为,但它在通过两个小缝隙时无法产生干涉图案。
德布罗意另辟蹊径,他运用狭义相对论推测,所有粒子实际上都是波,并给出了波量子的动量与波长之间的关系。这一关系为薛定谔波动方程的诞生提供了指引。

薛定谔波动方程中的波函数代表的是概率密度,它描述了粒子所有可能位置状态的叠加。
这意味着,当我们测量粒子位置时,波函数会 “崩溃”,而测量到粒子的位置恰好就是波函数崩溃之处。多数人对波粒二象性存在误解,认为它是 “波” 和 “粒子” 的二元对立。
实际上,波粒二象性体现的是一种完整特性。本文想要表达的是,“波粒二象性” 本质上就是 “波动性”,所谓的 “粒子性” 只是 “波动性” 在特定条件下的表象,“波动性” 才是更本质的属性。

例如,由于实验未发现电子可分,很多人就简单地认为电子是粒子。
但实际上,波函数是一个平滑的空间函数,通俗来讲,它描述的是某种 “波粒二象性” 在全宇宙的分布,这意味着它无法明确告知我们电子的位置。
不过,波函数又确实与位置相关,因为它表示的是粒子位置的概率分布,这是马克斯・玻恩给出的解释,后来保罗・狄拉克对这一思想进行了改进,如今已被广泛接受。
电子始终是波,波函数是希尔伯特空间中抽象向量的集合,每个可能的位置都是它的基,它表示在特定位置测量电子的概率密度。
当我们试图测量电子位置时,波函数会崩溃,我们便在这个位置 “发现” 了 “电子”。很多人会误以为是撞到了 “电子” 这个粒子,但事实并非如此。
在测量过程中,“波” 不会转变为 “粒子”,电子也不会突然表现得像粒子,它始终是波。真正发生的是,它在测量过程中变成了 “无限定域性” 的波,也就是在任意空间对它来说都只是局部,而这种无限定域波被我们感知为单个电子,这就是所谓的 “波函数崩溃”。

粒子本质一直是波,测量不会让它变成粒子,只是让它从一个无限存在的波变成了高度局部化的波。
此外,量子纠缠的奥秘或许就隐藏在这种 “无限定域性” 之中。
在无限远处作用能立刻产生效果,这种无限定域性实际上相当于非定域性,其本质目前现代物理学还无法解释,高维度的弦理论虽可能给出解释,但尚未得到证实。粒子的传统概念源于日常生活经验,代表着局域实体。

而在现代观点中,所有基本粒子都只是各自领域波的激发。例如,光子是电磁场的最小激发水平,电场也有离散的激发,这就是我们观测到的单个电子。

根据量子场论,一切本质都是波,粒子只是波的表现形式,波才是其本质存在。
综上所述,电子并非 “子”,而只能是 “波”。