量子力学和物质波

摘 要：量子力学是20世纪最成功的理论之一，物质波是量子力学从建立到完成过程中

起决定性作用的概念之一。本文从量子力学的建立和发展过程出发，对量子力学与物质波的

关系给出了论证：量子力学的建立过程就是对物质波的认识过程；量子力学的框架就是围绕

粒子的波动性（波函数）来完成的；量子力学的含义就是给物质波一个物理解释。文章最后 作者根据自己的观点给出了解决“量子物理论战”的一条可能途径。

关键词：量子力学；物质波；波粒二象性

1 引言

量子力学是关于微观粒子运动的一门科学，其核心内容是描述微观粒子的波粒二象性——微

观粒子的运动规律类似于波的运动；而微观粒子在被一些实验手段测量时又体现经典粒子的

性质，如，具有动量、质量、电荷——这看似矛盾的性质被统一于物质波的概念中。虽然我

们对量子力学仍有疑问，但是它的成功已经被无数实验确认，而且数学证明它也是自洽的，它自身的内部体系已经变得几乎无懈可击；所以我们要有所突破只能从外部，从它的假设入

手。我想，最有可能突破的就是它的统计解释，也就是量子力学的主要任务——描述物质波。当然这一切需要实验的支持。由此可见物质波对于量子力学的意义。本文将从量子力学的建

立、体系、含义和物质波三方面论述二者的关系；并且为解决“量子物理论战”问题做了尝试。为了论述方便，本文提到的很多实验仅仅是给出了结论性描述，如果需要详细的资料可以查

阅本文的参考资料。

2 量子力学的建立与物质波

量子力学是20世纪最成功的物理理论之一，熟悉它的建立过程对我们更好的理解量子力学

会有很大的帮助。我们将会看到，量子力学的建立过程就是对物质波的认识过程。

2.1量子物理的开始

2.1.1能量量子化的提出

1900年12月14日，在德国物理学会的一次会议上，普朗克宣读了他的论文《正常光谱的

能量分布理论》。这篇开始几乎没人注意的文章因为使用内插法引入了普朗克常数h，漂亮

的解决了20世纪物理学上空的两朵乌云中之一----黑体辐射的问题，从而开创了物理学的新

纪元。人们也就把这篇文章发表的日期看作量子物理学的诞辰。这篇论文的功绩在于普朗克

常数h的引入表明了黑体空腔壁中起辐射作用的电子的能量是量子化的。

1905年，爱因斯坦以勒纳总结出的光电效应性质作为光是粒子的依据，在普朗克的基础上

注意到辐射在发射和吸收时所表现的粒子性，在《关于光的产生和转化的一个启发性的观点》中提出光量子假说：能量在和物质相互作用时，不是连续的，而是集中在光量子上，光量子

的能量：

（1）

这个假说成功的解释了光电效应。密立根是这样评价光电效应的：“它把普朗克通过研究黑

体辐射而发现的量h物质化了，并且使我们完全相信，普朗克的著作所依据的主要物理概念

是同现实相符的。[2]”

2.1.2能量量子化的实验检验

1914年，密立根用实验完全确认了爱因斯坦的光量子理论。1923年，康普顿的X射线散射

实验证实了辐射的粒子性；在康普顿的“X射线在轻元素上的散射的量子理论”中写道：“这