【摘要】波粒二象性概念的产生和发展对物理学的影响是多方面的。首先，对波粒二象性概念的研究，使得人们建立起了一种关于微观世界物质运动规律的理论——量子力学；更重要的是，波粒二象性成为量子力学中的主导概念，决定了量子力学的基本发展方向和基本的思维模式。此外，波粒二象性还有深远的哲学意义，对它的认识过程和深刻理解体现了辩证法中的否定之否定的认识规律和对立统一的观点。
【关键词】粒子性；波动性；波粒二象性；否定之否定；对立统一
一、粒子指的是什么
按类比的方式，粒子就象我们看到的沙子，一粒一粒的，应该说这样的观念是不错的。但是从来没有那位物理学家对粒子性规定过什么。 “赫兹于1887年发现光电效应，爱因斯坦第一个成功的解释了光电效应。金属表面在光辐照作用下发射电子的效应，发射出来的电子叫做光电子。光波长小于某一临界值时方能发射电子，即极限波长，对应的光的频率叫做极限频率。临界值取决于金属材料，而发射电子的能量取决于光的波长而与光强度无关，这一点无法用光的波动性解释。还有一点与光的波动性相矛盾，即光电效应的瞬时性，按波动性理论，如果入射光较弱，照射的时间要长一些，金属中的电子才能积累住足够的能量，飞出金属表面。可事实是，只要光的频率高于金属的极限频率，光的亮度无论强弱，光子的产生都几乎是瞬时的，不超过十的负九次方秒。正确的解释是光必定是由与波长有关的严格规定的能量单位(即光子或光量子)所组成。”1
看起来是以能量单位来规定粒子性的，因为能量单位由频率规定。这就是说光子要么是一个能量单位，要么是其倍数，而且在理论上认为这样的能量是不变的。我们在这里看到了科学上僵化的形而上学思想，执粒子说的那一类人们就是这样的观念特征。哲学上会认为没有什么东西是固定不变的，这不需要请出古希腊的赫拉克利特，因为我国古代思想家也早已有万物变易的观念，他说的意思就是没有永恒不变的东西，难道量子数量就永恒不变吗？更进一步普朗克常数就永恒不变吗？
粒子性在科学上只是作为现象来看的，即其表现出来的特性，所谓的“象”也只是现象之意，可以引伸到属性或特性等之义。所以，实际上科学并没有对粒子是什么作出规定，在光电效应的解释中就是以能量现象来规定粒子。从哲学角度来看，应该有一个更为基本的对粒子的看法，这也是哲学家相比于科学家高明的地方，虽然哲学家并不一定如科学家那般熟练操纵运算工具。
二、波动性指的是什么
第一个问题问的是粒子而没有问粒子性是什么，那么，现在为什么问波动性是什么，而不问波动是什么呢？这表明粒子与波动有根本性的区别。这样的区别在科学家来讲一般是讲不清的，但是在哲学来讲，这样的区别可以说是基本的。实际上波动与波动性是同一个意义，但是粒子与粒子性的意义是不同的，在论及波粒两象性时，实际只是讨论粒子性与波动性的统一，因此粒子本身却超然于外了。我们还是习惯上用粒子称呼对象，例如即使说光，实际还是指有光那么一个对象，这样的对象与说光子没有什么根本性的区别，只不过说光子的时候是指微观情形而已。
那么，我们还是要回到这个问题上来，即是波动性到底指的是什么呢？科学上以光的衍射等现象说明光的波动性。2粒子波动性的一些实验，无论是光子还是电子，都是以大量的光子为基础的，如以一束光或一束电子来产生光或电子的衍射现象，这些均表明，我们考察的是光子与光子或电子与电子之间的相互关系。所以，我们可以从中看出有关粒子性与波动性的实验的根本性区别所在。
三、在否定之否定中认识波粒二象性
对所有物质的波粒二象性的认识源于对光的波粒二象性的认识，在物理学的发展史上，对光的本性的认识，经历了几个世纪的时间。最早的波动说是有惠更斯于1867年提出的，他很好的解释了光波如何形成波前、直线传播、折射现象。但因为一些方面遇见了困难，所以很快被同时期的伟大物理学家牛顿的微粒说超越，牛顿认为光是有微小粒子组成，它能够很自然的解释反射、透镜的折射及通过三棱镜将阳光分解为彩虹现象，他驳倒波动说的一个很好例子是：光经过一个障碍物会在其后形成影子，即光被挡住。由于牛顿在当时的学术地位，在中世纪牛顿的光的粒子说占了统治地位，而惠更斯的理论则渐渐被人淡忘。
直到19世纪初，托马斯-杨和菲涅尔所演示的双缝干涉实验为惠更斯的理论提供了很好的实验依据，人们又开始接受惠更斯的光的波动理论。4特别是到了19世纪末期，麦克斯韦和赫兹从理论和实验的角度肯定了光是一种电磁波。那时人们对光的波动性已深信不疑，光的波动说取得了决定性的胜利。
但很快又峰回路转了，1900年普朗克提出用能量子假说解释黑体辐射实验规律，五年之后爱因斯坦提出光子假设，认为光是有一种粒子——光子组成，并很好的解释了光电效应。但光子这个特殊的粒子已不再是一般意义上的普通粒子，而是发生了质变。1923年康普顿用光子学说结合波动说以及相对论很好的解释了康普顿效应，从而完成了对光的波粒二象性的认识，也拉开了对所有物质的波粒二象性认识的序幕。1924年，法国的德布罗意用类比的方法提出，正如光具有波粒二象性一样，任何实物粒子也具有波粒二象性。并且指出：这种物质波用晶体对电子的衍射实验可以做到。果然三年后，1927年，这种新思想就被戴维逊和革末的电子衍射实验所证实了。5之后氦原子、氢分子以及中子的衍射现象的发现，使微观粒子的波动性无可批驳。
纵观以上对波粒二象性的认识过程，可以看出，人们对物质本性的认识过程不是简单的重复，而是否定中有肯定，肯定中有补充完善，现在提到的波动性不同于波动说中的波动性，粒子性也不同于微粒说中的粒子性。杨氏双缝干涉、菲涅尔衍射的原理发展了光的波动说，而麦克斯韦电磁波理论则否定了光的机械波性，爱因斯坦的光子说没有回到牛顿的经典微粒说，也并没有完全否定光的电磁波性，而物质波的思想将光的波粒二象性，推广到所有事物。人们对所有物质的波粒二象性的探索过程，体现了唯物辩证的否定之否定的认知规律，这种否定是在量变基础之上的质变，是转化，是包含肯定因素的否定，整体上是一种螺旋式上升的过程。而世界万物的发展皆是如此。
四、用对立统一的观点理解波粒二象性
那么对于所有物质的波粒二象性怎样理解呢？这里很好的体现了量子力学与辩证法的关系。
1927年玻尔提出了互补性原理，从哲学的角度去概括波粒二象性：物质的运动具有粒子和波的双重属性——波粒二象性，一方面波动性和粒子性不能同时出现在同一实验中，二者是相互排斥的。例如，在著名的双缝干涉实验中，如果测量粒子通过了哪一个缝，等于强调了波粒二象性的粒子特性，与粒子性互补的波动性便被排斥了，干涉条纹便不再存在了。另一方面，波动性和粒子性这两个概念在描述微观现象、解释实验时又都是不可缺少的，企图扔掉哪一个都不行。可以举一个很简单的例子来说明这个问题：如硬币的两面性，类似于我们古代对盾牌的认识一样。再引申出去，任何事物都有两面性，比如一个人，总有缺点和优点，只有把两者都综合来评价，才算完成了对一个人的完整认识。
这种互斥又互补的关系使我们很容易联想到太极图。太极图给人的对称感已不仅仅是图案的对称，两条阴阳鱼的相互对等的运动以及从中诞生的与鱼身反色的鱼眼，加上它们一同构成的浑圆整体，给人一种在运动、变化、发展中过程中的互补与互斥。6而玻尔的宝象徽章中正式采用了这一核心图案。
对于一个微观粒子体系，波粒二象性充分考虑到体系内部的各种因素，特别是互相矛盾互相对立的因素，一方面共存于一个整体内部，共同构成整体的属性；另一方面它们又彼此对立，此消彼长。这种对立的运动变化如果没有破坏整体的属性，它们将和谐的共存。这就是所谓的对立统一，或者叫相反相成。可以说，互补思想的实质就是一种应用于量子论的辩证法。
波粒二象性理论在20世纪取得了巨大成就，对量子力学乃至整个物理学的发展作出了重大贡献，同样，它在哲学领域也给了人们很大冲击，它所蕴含着的丰富的辩证法思想还需人们去努力探索。教师在课堂中挖掘自然科学中的哲学思想，有助于学生树立正确的世界观、人生观和科学观，有助于素质的全面发展。
参考文献
[1]雅默.《量子力学与哲学》 北京商务印书馆1989.
[2]桂起权.《分析量子力学中的辩证法思想》.哲学研究
[3]洪定国.《波尔的自然哲学思想》 北京中国科学出版社
[4]万小龙.《量子哲学研究》
[5]杨福家.《原子物理学》 北京高等教育出版社
[6]张曾一.《科学技术哲学》 北京理工大学出版社
（责任编辑：刘军庆）
来稿日期：2012-06-02