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§第三节既是粒子又是波
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前面讲的光的干涉、衍射和偏振现象，都表明了光具有连续性、波动性，而光电效应现象又表明了光具有不连续性、量子性，这不是互相矛盾的吗？由此可以看出，光的性质是很复杂的，是用日常生活经验的图象所难于描绘的。
光，这种特殊之物，在不同的具体条件或具体情况下，会表现出完全不同的性质来。
在一些具体情况下，它显示出明显的波动性，而在另一些完全不同的具体情况下，它又显示出明显的量子性。
量子即光量子、光子，如前所述，它是一份一份能量的粒子。
由于这个缘故，现代物理学认为，光既有波动性，又有粒子性，这种在不同情况下分别表现为波动和粒子的性质，称之为“光的波粒二象性”
。
光在传播过程中主要显示出波动性，可以用电磁波理论来解释；在光的发射、吸收及同其它物质作用时，则显示出粒子性，遵从于量子理论，它以光量子的形式穿过真空。
我们从光子运动的统计规律中，能够了解到波动的结果，而从电磁场的量子化，又可以了解到光的微粒性的行为。
理论和实验所得到的结果都表明，不论是静止质量为零的光子，还是静止质量不为零的电子、质子、原子等等实物粒子，都同时具有波动性和粒子性，也就是说，具有波粒二象性。
象光这样的微观粒子，也只有用波粒二象性才能说明它的各种行为。
描述波动特征的两个物理量——频率和波长，与描述粒子特征的两个物理量——能量和动量，光具有动量，这是已经为实验所证实了的。
根据光子能量，这样，光子说和波动说二者的结论又互相一致、互相统一起来了。
粒子和波的统一性，可以由电子和光子的衍射实验来认识。
在电子衍射实验中，如果入射电子流的强度很大，即单位时间内有许多电子穿过晶体，则在照相底片上立即出现衍射花样；如果入射电子流的强度很小，在整个衍射过程中，电子几乎是一个一个地穿过晶体，则在照相底片上就出现了一个一个的感光点，这些感光点在照相底片上的位置并不都是重合在一起的，开始时，它们毫无规则地散布着，但随着时间的延长，感光点数目逐渐增多，它们在照相底片上的分布最终形成了衍射花样。
同样，在光子衍射实验中，如果入射光子流的强度很大，则照相底片上立即出现光子衍射花样；如果入射光子流的强度很小，则照相底片上记录了无规则分布的感光点，但当照相底片受长时间照射后，就会出现完全相同的衍射花样。
由此可见，每一个电子或光子被晶体衍射的现象，和其它电子或光子无关。
也就是说，衍射花样不是电子或光子之间的相互作用而形成的，而是电子或光子具有波动性的结果，这种波动性反映了电子或光子运动轨迹的不确定性。
这就说明，当我们考察每个电子或光子的运动时，电子或光子是没有确定的轨迹的，即经过什么途径，出现在什么地方是不确定的。
然而，当我们考察组成电子或光子束的全部电子或光子的运动时，电子或光子的运动就表现出规律性，这种规律与经典波动理论的计算结果是一致的。
电子或光子的波动性和粒子性，可以用统计的观点来建立联系。
在实验中，电子或光子的衍射表现为许多电子或光子在同一实验中的统计结果，或者表现为一个电子或光子在许多次相同实验中的统计结果。
因此，从统计的观点来看，大量电子或光子被晶体衍射，与其一个一个地被晶体衍射的差别，仅在于前一个实验是对空间的统计平均，后一个实验是对时间的统计平均。
在前一种情况下，如果说电子或光子在某些地方从空间上看出现得稠密些，那么，在后一种情况下，就是在这些地方电子或光子从时间上看出现得频繁些。
因此，我们可以从统计的观点，把波粒二象性联系起来。
这样，就可以得出结论：波在某一时刻，在空间某点的强度，就是该时刻在该点找到粒子的几率。
波的强度大的地方，每一个电子或光子在这里出现的几率也大，因而在这里出现的电子或光子也多；波的强度很小或等于零的地方，电子出现在这里的几率也就很小或等于零，因而出现在这里的电子或光子很少或者没有。
从上述的物质波粒二象性的统计关系来看，就不难理解作为粒子的光子，在微观世界中如何表现为波动性了。
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