电子是粒子还是波？

法国理论物理学家德布罗意（Louis Victor·Duc de Broglie，1892年8月15日-1987年3月19日）是量子力学的奠基人之一，他推测电子也具有波动性，并预言电子在通过一个小孔或者晶体的时候，会产生一个可观测的衍射现象，于1924年提出了电子波动本性的理论。

美国实验物理学家戴维孙（Davisson,Clinton Joseph，1881-1958）对德布罗意提出的电子波动理论很感兴趣。令戴维孙意想不到的是，在一次偶然的实验事故中，他发现了电子的衍射现象，从实验上证实了电子的波动性。

1927年，戴维孙在一次实验中，因实验设备中的电子管偶然破碎，导致被加热的镍靶表面形成了一层氧化膜。为了除去这层氧化膜，他将金属镍加热了很长一段时间，结果却发现镍靶在受热前有许多微小的结晶面，加热后变成了几个大的结晶面。随后，戴维孙用这种方法制成了一块单晶镍，并当作靶标使用的时候，发现电子束不仅受到反射，而且发生了衍射。

电子在真空管中的金属镍靶的反射实验示意图

戴维孙敏锐地意识到:衍射是波的特征，电子的波动性被证实了！

同年，英国物理学家G.P.汤姆孙使用另一种方法，也证实了电子的波动性。

因发现了电子衍射现象，戴维孙和G.P.汤姆孙共享了1937年度诺贝尔物理学奖。

电子衍射现象的发现，证实了德布罗意关于电子具有波粒二象性的预言。

后来，科学家们通过双狭缝干涉实验，同样证实了电子的波动性。

在双缝干涉实验中，电子枪一次发射多个电子，发现感光屏上会出现明暗相间的干涉条纹。科学家改进实验，让电子枪每次只发射一个电子，发现电子以波的形式通过双缝后，在感光屏上随机地激发出一个小亮点；多次发射单个电子后，感光屏上就出现了明暗相间的干涉条纹。

电子衍射条纹

自然界中不可能存在半个电子，在“单电子双缝干涉实验”中，电子以波的形式同时穿过两条缝，是自己与自己发生了干涉，而不是两个不同的电子之间的干涉。

需要提醒大家，电子的波函数的叠加，是概率幅的叠加，而不是像经典例子那样的概率叠加。这个“态叠加原理”是量子力学的一个基本假设。

电子的波动性不同于水波，也不像上图所画的那样作蛇行运动。电子在双缝干涉实验中表现出来的“波”，不是水波的“波”，而是概率波的“波”。

要想进一步地把握量子现象，的确要有一定的数学功底。科普文章针对大众，为了浅显易懂，往往只能对比宏观现象做比喻，没办法完全将量子力学原本的意思传递给普通读者。一些人看了几篇网文或读了一两本量子科普图书，就动了要干掉量子力学的心，抑或又将量子力学与心灵感应、特异功能、佛学空性之类的东西联系起来，结果只能是误导自己蒙骗别人。

电子的波粒二象性的发现，对于人们进一步认识核、原子和分子的结构起到了重要的启发作用。后来，科学家们发现像足球烯（由60个碳原子组成，形似足球）那样的大分子物质，也具有波粒二象性。大分子物质的波粒二象性的发现，让人们意识到基本粒子并不是一个个实心小球，彻底颠覆了人们的物质观念。