波粒二象性是不是太扯了？ - 洗芝溪 的回答

是不是实验中有外界因素的干扰才出现观察者影响实验结果的可能呢，你们真的认为光是粒子的同时又是波吗？或者是具备两种性质？因此才回衍生出各种上帝操控的bug出来，如果是我们没有想到我们在观测的过程有哪项因素改变了结果呢？

物理学, 双缝干涉实验, 波函数, 波粒二象性, 德布罗意波

问题就出在这个“同时”二字。

中文语境下，一说到“既是，又是”的句式，就好像默认在说同时是波同时是粒子。

所以啊，咱换个说法，“可以是波，也可以是粒子”，是不是舒服多了？

一定要记住，在量子力学的语境下，“同时”这个词不能随便乱用，simultaneous只有特定场合才能用。

中文语境说话习惯了，学生写文章也特别喜欢用什么meanwhile, at the mean time之类的。这些都要慎用。很多时候你想表达的其实只是in addition, furthermore之类的意思。

外国人没有这个语言习惯，所以他们说波粒二象性，wave-particle duality只是想表达一个阴阳二元哲学或者对偶这种无关痛痒的意思。

duality这个词用得太泛滥了。比如Ising模型的高温低温展开，也是用的duality，你能说一个系统能“同时”处于高温和低温吗？

一个微观粒子，它在空间上分布，有时候是局域的，像个硬球点粒子，有时候是离域，像个平面波。这个图像有那么违和吗？

波和粒子，又不是男人和女人，只能二选一 (只是为了举例，没有得罪其它性别者的意思)。说一个人是男人，和说一个人很柔弱，显然并不构成矛盾。只不过在大众通常的语境里，喜欢将男人与阳刚对应，女人与柔弱对应。

说一个微观粒子是粒子，是从实空间的角度去测量的结果。说它是波，则是从动量(波矢)空间去测量的结果。

一个微观粒子的波函数，可以以某个动量作为好量子数，是动量的本征态，所以看起来像个波，这时它对于实空间而言是叠加态，也就是不同粒子局域态的叠加态。

也可以以某个坐标作为好量子数，是坐标算符的本征态，所以看起来像个硬球粒子，或者是大量的波叠加而成的某个波包，甚至孤波。

当然，按照热化假说，所有的微观粒子都先验地具有离域倾向。在没有外界环境的相互作用对其不断测量、坍缩、退相干的情况下，它总是会处于动量本征态上。

光与环境的相互作用弱，所以我们很难见到表现出粒子性的光，除非打在半导体上形成光和物质相互作用。

电子与任何自由度都有相互作用，它太容易受环境影响，所以波函数很难延展开，稍一离域，又退相干了。特别是热激活的自由电子，更是极容易被晶格声子散射形成局域化的极化子，展现出类似点状粒子的特征。

我们生活的宇宙，从宏观上看着好像很平静，但微观层面其实波澜起伏，微观粒子之间一直在随机运动、碰撞、重组，所以它们时而像波时而像粒子，就如同烟波浩渺的天际阴云，时而像野马，时而像尘埃，这都是同一事物的不同呈现罢了。

现代物理最高明的地方，就是在机械动量之外定义了一个正则动量，为波动性找到最合理的数学语言来表达。

就像一个粒子可以有x坐标，也可以有y坐标一样，把这个y换成p，一个变量代换而已，有那么难理解吗？

恶德的法官: 国内只有两种性别，谢谢！ (3 赞)

池鱼 -> 恶德的法官: 不止啊……

恶德的法官 -> 池鱼: 行吧！最多加个医学意义上的双性人，多了你把它给我叫过来，我保证不打死它。[吃瓜] (1 赞)

池鱼 -> 恶德的法官: 多了……😱性别认同障碍的，无性别的，去泰国做手术的……😱

恶德的法官 -> 池鱼:

无性别，以身体性别作为基准
性别认同障碍，以身体性别作为基准
去泰国做手术，男性特征消失转为女性，身体程女性特征，认定为女性，国内基本以身体性别作为基准。
虽然去泰国做手术的性转人往往遭到歧视😱，但依旧以身体作为性别认证的标准。

池鱼 -> 恶德的法官: 凭啥以身体性别判断啊……这我可得替lgbt出警了😱……性别认同障碍又治不好，只能单列吧😱

恶德的法官 -> 池鱼: 那商场上厕所，它去哪个卫生间？ 总不可能单开一间吧？

似水流年 -> 恶德的法官:

国内不止两种，还存在着一种真两性畸形，该患者同时拥有睾丸与卵巢这两种性腺。所以它从某种意义上来讲，既不完全是男性，也不完全是女性，或者也可以说是近视男性就是女性。不属于传统意义上的两种性别之一
但是这也要与假两性畸形相区分，该患者体内只有睾丸或卵巢一种性腺，但是外生殖器的表观（第一性征）像另一种性别，分为女假两性畸形（有卵巢和子宫，但是外生殖器长得像男性）与男假两性畸形（有睾丸，但是常有像女性那般的外阴）这两种。女假两性畸形的生理性别为女性，而男假两性畸形的生理性别为男性。而真两性畸形患者的生理性别不是男也不是女，不属于男或女这两者之一

似水流年 -> 恶德的法官:

无性别，以身体性别作为标准是什么意思？
无性别，难道不就是指的是既没有男性生理特征也没有女性生理特征吗？[好奇]

知乎用户:

民科言论+1，波粒二象性是所谓“互斥即互补”，用一个GI
F图就能很好的说明了。显示器上出现一个子图的时候，观众不会看到其他的子图。极端情况下就是两个png图片压制成一个GIF图，两个图反复互变。 (3 赞)

洗芝溪 -> Triborg: 这次我不同意。你这个动力学图像才是民科言论，对波粒二象性的误读。 (3 赞)

Triborg -> 洗芝溪: 同一个实验不能同时测量到波和粒子两套性质的。可见2016年山西大学的PRA。

Triborg -> 洗芝溪: 估计你想到的是“不断变换”了，我的重点在不能由同一个实验一次测量到两套性质。

洗芝溪 -> Triborg: 这是当然，我也没表达这个意思吧？ (3 赞)

Triborg -> 洗芝溪: 这回澄清没😂

浅斟低唱: 事实上，物质可以处于既是波又是粒子，甚至是波和粒子的相干叠加态。线性光学的实验见https://www.zhihu.com/question/267998517/answer/334020989，这是对于光子的。超导电路（微波光子），量子点，都可以设计类似的实验。

洗芝溪 -> 浅斟低唱: 这类实验我知道有很多，我们单位也有人做。但实话实说，我认为他们做的根本不是量子力学，实验技术里面一堆需要justify的东西未解决。这其实也是整个人工超材料领域的问题，多的就不好讲了，容易得罪人。 (1 赞)

洗芝溪 -> 浅斟低唱: 核心问题就是波和粒子到底在不在同一个自由度上。如果仅仅理解成局域的是粒子、离域的是波，OK，处在中间的波包可以认为既是波又是粒子。这正是很多类似实验想要曲解的。但显然不是，x和p是两个不同的自由度。自旋朝上和朝下可以叠加，自旋朝上和电荷为负这两种状态，如何叠加？

浅斟低唱 -> 洗芝溪: 这个和人工超材料一点关系没有。。这也是最简单的量子的线性光学实验，延迟选择实验。。。和你说的自由度问题也没有关系，你自己看实验吧。

浅斟低唱 -> 洗芝溪:

观测粒子的或者波动性的是一个仪器，也就是不同的测量决定了光子为particle-like or wave-
like，把这个仪器制备到“观测粒子性”或者“观测波动性”即可。至于你说的自旋上和电荷负，如果有一个实验可以测自旋一个实验可以测电荷，这个实验的仪器可以被制备到叠加态，那就当然可以叠加。

浅斟低唱 -> 浅斟低唱: 这个仪器制备到“观测粒子性”或者“观测波动性”的叠加态即可

洗芝溪 -> 浅斟低唱:

类似的实验我以前在别的回答里也讲到过，我最推崇的是利用类似的装置来测量二阶Renyi熵，好像也是Science上的文章吧。说它是叠加态、纠缠态什么的，我都不反对。但是用于解释所谓粒子性或波动性，我认为就是在炒概念。当然了，如果你非要加一个particle-
like或wave-
like这种似是而非的用语，这个我就没话说了，加个“like“就什么都可以讲了。还是我前面讲的，这实际上说的是局域性和离域性，不是粒子性和波动性，核心就是我说的自由度问题。局域和离域都是在同一个空间自由度上面，而粒子和波动并非在同一个自由度上。为什么会提到人工超材料，因为做这类实验的人很多都同时是做光子晶体的。至于你说同一个实验测自旋测电荷，我觉得你还是再想想吧。

洗芝溪 -> 浅斟低唱: 再澄清一句，我这里说的离域和局域，是针对光的相干态而言的。实际上光的相干态或压缩态，虽然也可以理解为相空间上的旋转，但实际调控的时候只有一个相位调控，也就是“延迟选择”的含义，与我们通常语境下的波粒二象性的最大差别，在于相干态终究是个高斯函数形式的局域态，并不能连续变化到严格的波或严格的粒子。

知乎用户:

[吃瓜]不难……道德经里”有无相生“，波和粒子相互转化，就是波粒二象性。

但是现在的人非黑即白比较多…… (3 赞)

神戕 -> Agony: 无所谓，我爱触手 (1 赞)

九离魂 -> Agony: 同时存在，但是观测或者不观测到极致时候也可以相互不存在！😱😱😱

Peter Tam -> Agony: 并没有转化存在，其实这只是微观粒子同时具有这两种特性，或者说是一种可以用粒子和波两种方式描述的特性。

chxiLuuu: 还有书上说“既不是波也不是粒子的”[捂嘴]。其实如果把波或粒子看成一种现象而不是某种实物，微观物体是现象的载体，反映现象对应的性质，就很好理解了。但是最终还是要回到微观物体运动的统计诠释上去的，这才是波粒二象性真正的内涵。我个人的经验是牢记杨氏双缝干涉实验就永远不会再对有波粒二象性有什么疑问了。 (1 赞)

夜伴青灯: 是谁说的同时，玻尔专门强调了互补原理

洗芝溪 -> 夜伴青灯: 你显然没看题目就开始答题了。

知乎用户:

外国人没有这个语言习惯——我感觉“同时”好像不是中国原声词语吧，古时候有用用这个词表示“并不是同一时间有、只是单纯地具有两方面”这个意思吗？我感觉是来自英语的at
the same time的。

洗芝溪 -> 知乎用户: 同时肯定是现代汉语习惯。 (1 赞)

dhl: 粒子是波还是粒子不是测量方式不同导致不同的结果，是测量导致坍缩成粒子。就像薛定谔的猫没测量之前是不死不活，测量之后要么死要么活。所以波粒二象性，对应的是测量时和不测量时

函数2:

不就是因为存在一个“既是波又是粒子”的叠加态，导致统计规律不一样，诺贝尔奖才给的量子纠缠的嘛。
波粒二象性不是要么粒子要么波，而是切实存在一个“第三状态”，取名叫“叠加态”。

漂流瓶: 楼主理解错了。波粒二象性的奇特点是在观察和不观察时分别呈现粒和波两种状态，并不是楼主说的不矛盾。至少在目前我们的认知世界中，是无法解释的。无法解释≠不矛盾噢

from: https://api.zhihu.com/appview/api/v4/answers/2770135754