光是电磁波，用波长、频率等物理量来描述其波动性；同时光又具有粒子性（光子），具有能量和动量。因此，我们说光具有波粒二象性（Duality of Wave-Particles）。与光的传播有关的各种现象（衍射、干涉和偏振），更多体现光的波动性；与光和实物相互作用有关的各种现象（原子光谱、光电效应、吸收光谱、康普顿效应等），更多体现光的微粒性。
法国物理学家德布罗意（L.de Broglie，1892—1987）将波粒二象性推广到所有的实物粒子。1924年，在他的博士论文中提出了“任何物体伴随着波，不可能将物体的运动和波的传播分开”的基本假设，指出实物粒子（电子、质子、中子、原子等）也具有波动性，称为德布罗意波。德布罗意认为联系光的波动性和粒子性的关系式也适用于实物粒子，即
这样，实物粒子在以速度v运动时，伴随有波长为λ的波：
此即著名的德布罗意关系式。式中，p为粒子的动量（momentum）；λ为德布罗意波波长。
1927年，电子的波动性得到了实验的证实。英国物理学家G.P.汤姆逊（George Paget Thomson，1892—1975，电子发现者J.J.汤姆逊的儿子）（图2－9）利用高能电子打到多晶体的金属薄膜上，在薄膜后面观察到同心圆构成的衍射图像，与光通过小孔所得到的衍射图像非常相似。此后，人们相继采用中子、质子、氢原子和氦原子等粒子流，也同样观察到衍射现象，充分证明了实物粒子的波动性。电子显微镜、中子衍射等现代检测设备是实物粒子波动性的实际应用。(www.xing528.com)
1929年，德布罗意荣获诺贝尔物理学奖；1937年，G·P·汤姆逊（图2－10）荣获诺贝尔物理学奖。
图2－9 德布罗意
波粒二象性导致了在原子中的电子不可能是在经典的、确定的轨道上运动，而是以一定的概率出现在原子空间的不同地方。电子的运动要用量子力学来描述。量子力学的基本原理是由许多科学家，如薛定谔（Erwin Schrödinger，1887—1961）、海森堡（Werner Heisenberg，1901—1976）、伯恩（Max Born，1882—1970）、狄拉克（Paul Dirac，1902—1984）等人，经过大量工作总结出来的，是自然界的基本规律之一。
图2－10 G.P.汤姆逊
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