波粒二象性理论说明运动与物体不可分(3)

　　后来海森堡提出不确定性原理，就是我们上一章的内容。海森堡原本解释他的不确定性原理为测量动作的后果:准确地测量粒子的位置会搅扰其动量，反之亦然。他并且给出一个思想实验为范例，即著名的海森堡显微镜实验，来说明电子位置和动量的不确定性。这思想实验关键地倚靠德布罗意假说为其论述。但是现今，物理学者认为，测量造成的搅扰只是其中一部分解释，不确定性存在于粒子本身，是粒子内秉的性质，在测量动作之前就已存在。

　　实际而言，对于不确定原理的现代解释，将尼尔斯·玻尔与海森堡主导提出的哥本哈根诠释加以延伸，更甚倚赖于粒子的波动说:就如同研讨传播于细绳的波动在某时刻所处的准确位置是毫无意义的，粒子没有完美准确的位置;同样地，就如同研讨传播于细绳地脉波的波长是毫无意义地，粒子没有完美准确的动量。此外，假设粒子的位置不确定性越小，则动量不确定性越大，反之亦然。

　　自从物理学者演示出光子与电子具有波动性质之后，对于中子、质子也完成了很多类似实验。在这些实验里，比较著名的是于1929年奥托·施特恩团队完成的氢、氦粒子束衍射实验，这实验精彩地演示出原子和分子的波动性质。

　　近期，关于原子、分子的类似实验显示出，更大尺寸、更复杂的粒子也具有波动性质，这在本段落会有详细说明。

　　1970年代，物理学者使用中子干涉仪完成了一系列实验，这些实验强调引力与波粒二象性彼此之间的关系。]中子是组成原子核的粒子之一，它贡献出原子核的部分质量，由此，也贡献出普通物质的部分质量。在中子干涉仪里，中子就好似量子波一样，直接感受到引力的作用。因为万物都会感受到引力的作用，包括光子在内，这是已知的事实，这实验所获得的结果并不令人惊讶。但是，带质量费米子的量子波，处于引力场内，自我干涉的现象，尚未被实验证实。

　　1999年，维也纳大学研究团队观察到C60富勒烯的衍射。富勒烯是相当大型与沉重的物体，原子量为720u，德布罗意波长为2.5pm，而分子的直径为1nm，大约400倍大。2012年，这远场衍射实验被延伸实现于酞菁分子和比它更重的衍生物，这两种分子分别是由58和114个原子组成。在这些实验里，干涉图样的形成被实时计录，敏感度达到单独分子程度。

　　2003年，同样维也纳研究团队演示出四苯基卟啉的波动性。这是一种延伸达2nm、质量为614u的生物染料。在这实验里，他们使用的是一种近场塔尔博特-劳厄干涉仪。使用这种干涉仪，他们又观察到C60F48.的干涉条纹，C60F48.是一种氟化巴基球，质量为1600u，是由108个原子组成。

　　像C70富勒烯一类的大型分子具有恰当的复杂性来显示量子干涉与量子退相干，因此，物理学者能够做实验检试物体在量子-经典界限附近的物理行为。

　　2011年，对于质量为6910u的分子做实验成功展示出干涉现象。2013年，实验证实，质量超过10,000u的分子也能发生干涉现象。

　　大致而言，康普顿波长是量子效应开始变得重要时的系统长度尺寸，粒子质量越大，则康普顿波长越短。史瓦西半径是粒子变为黑洞时的其所有质量被拘束在内的圆球半径，粒子越重，史瓦西半径越大。当粒子的康普顿波长大约等于史瓦西半径时，粒子的质量大约为普朗克质量，粒子的运动行为会强烈地受到量子引力影响。

　　普朗克质量为2.18×10-5g，超大于所有已知基本粒子的质量;普朗克长度为1.6×10-33cm，超小于核子尺寸。从理论而言，质量大于普朗克质量的物体是否拥有德布罗意波长这个问题不很清楚;从实验而言，是无法达到的。这物体的康普顿波长会小于普朗克长度和史瓦兹半径，在这尺寸，当今物理理论可能会失效，可能需要更广义理论替代。【我认为在这个尺寸下物理理论也不会失效，下文会详细论述。】

　　在2015年人类获得首张图像，光同时显现波动性和粒子性。一直以来，人们从未直接观测到粒子在同一时刻表现出波和粒子的形态。