万物规则：物质波、概率波、以太波

物质波也被称为德布罗意波，它是由法国理论物理学家德布罗意在1924年提出的。

爱因斯坦在1905年提出光量子模型，引入普朗克的能量子说法，提出波粒二象性，终结了物理史上漫长且著名的波粒之争。这种思路赋予光量子波动性与粒子性的双重特征，其实已经突破了宏观物理世界的传统思维。

而物质波概念的提出，可以说进一步把波粒二象性的特征赋予所有微观粒子，比如电子这种实物粒子。后来人们在电子的干涉实验中发现电子的落点的确具有波动性的特征，物质波由此被证实，并成为量子力学建立的基础之一，也是微观世界与宏观世界有不同运行规则的一个关键证据。

当微观粒子普遍具有波动性这个特征被实验证实以后，一个新的问题出现了：在微观尺度上，人们无法再精确计算微观粒子在空间中的位置，而这与牛顿终生信奉的决定论产生了冲突，也与宏观世界已知的物理规则发生了矛盾。

等到海森堡将这个特征归纳为量子力学的不确定性原理以后，人们终于无奈地承认，我们无法在微观尺度上精确测量微观粒子的空间位置与运动状态，能精确测量的只有粒子在不同空间位置上出现的概率。所以，物质波也被称为概率波。

如何认识这种微观世界的物理现象，不但是物理上的难题，也是哲学上的难题，这个难题自量子力学降生时便出现，至今也没有得到妥善解决。

有资料说，德布罗意的物质波思路受到法国物理学家布里渊的启发。

布里渊在1919～1922年间发表了一系列论文，提出一种能解释玻尔定态轨道原子模型的理论。他设想原子核周围的以太会因电子的运动激发一种波，这种波互相干涉，在原子外的电子轨道上形成驻波，使电子的轨道半径体现为一系列确定的值，也就是轨道半径呈现量子化。

这是很典型的经典物理思路，也是以太论的思路。不知道当年的洛伦兹是否听说过布里渊的这个设想，据说这位老先生那段时间正忙于第一次世界大战的战后重建，而布里渊的见解最终被德布罗意吸收。不过德布罗意认为，既然爱因斯坦好不容易才把以太概念移出物理学世界，就没必要再把它带回来，所以，他继承了波粒二象性的观点，将波动性直接赋予电子本身，而这种思路又被后来的研究者所继承。

这么多年来，因为布里渊的这个思路建立在以太假设上，所以仅仅被视作一个启发性的观点。但如果“物质以太”的相关假设不但都自洽而且可以得到自证，那布里渊的假设其实应该被看成一个被时代埋没的天才想法。

现在，让我们在“物质以太”假设的基础上讨论粒子与以太海之间的反应。与上一节一样，我们将在物质波的公式中寻找以太海参与反应的踪迹，并对物质波公式描述的物理现象进行解读。物质波公式可谓量子力学中最基础的公式，如果“物质以太”的观点能成功对其进行诠释，那距离完整地诠释量子力学也就不远了。

德布罗意的物质波公式来源于对光子的计算，因为在引入了光子动量的概念以后，光子的波长λ可以用普朗克常数h与光子动量p的比值来表达。而德布罗意认为，也许微观世界的电子也遵循与光子相同的规则，电子的物质波长能否也用普朗克常数h与电子动量p的比值来表达？即：

这里的v是英文字母，代表电子的速度。λ是物质波的波长，h是前文中的普朗克常数，p是电子的动量，而动量p等于电子的质量m与粒子的速度v的乘积。

当然，最初这只是一个假说，不过它很快就得到了验证——戴维森与革末（Lester Germer）在1927年通过实验验证了物质波公式的准确性。

在上一节中，我们假设构成光子的“物质以太”会与以太海中的“物质以太”发生以太之间的物理反应，这种反应造成了以太海的波动，这正是光子看似具有波动性的根本原因。那么，当电子或其他物质粒子与以太海发生以太反应时，因为电子等粒子同样由“物质以太”构成，自然也应当发生类似的以太反应。(www.xing528.com)

但这里有一个小小的区别：当光子进入以太海后，光子所携带的全部能量会与以太海发生反应，形成光波的波动，而当粒子进入以太海后，并不是粒子的所有能量都会与以太海发生反应，并形成物质波的波动^[4]。

让我们延续相对论的观点，把粒子的能量分为静能量与动能量两部分。静能量是指当粒子在空间中静止时与其质量对应的能量，动能量是指与粒子速度相对应的动能部分，这两者加起来才是一个粒子具有的全部能量。

与粒子静能量相对应的那部分“物质以太”有自己的重要功能，在“物质以太”体系下，它们是维持粒子在以太海中结构完整的关键（这是下一章讨论的内容），而粒子携带的动能所对应的那部分“物质以太”，会与以太海发生反应，形成以太海的波动，也就是物质波。

跟光子与以太海之间的反应类似，当粒子进入以太海后，粒子所携带的动能会从以太海中激发出能量h，这部分能量会与粒子的动能部分发生反应。按照波动理论，以太海中波动的速度恒定为c，而粒子原本的速度是v，当两者发生反应时，构成两者的“物质以太”会发生反应，并结合在一起，粒子与以太海中激发能量的空间位置是重合的。

因此，以太海中激发出的能量会以光速c围绕粒子进行小空间内的转动，这形成了粒子周围以太海的波动。而原本以速度v进行移动的粒子也会受到周围以太海波动的影响，同样会产生位置上的变化，两者会相互影响，所以一个运动的电子，会在空间中表现出波动性。

值得注意的是，在这个过程中，粒子会不停更改自己在空间中的位置，使得它们落在可被观测的显示屏上时，其落点会呈现出随机性。如果“物质以太”真的存在，那么粒子之所以呈现出空间位置的随机性，并不是因为粒子自身具有波动性，而是由以太海中被激发的能量所牵引，才形成空间位置的变化。

并且，这个过程的参与者只有电子的动能与以太海中激发出的能量，并不存在其他的外来能量，所以虽然电子的速度一直在改变，但并没有能量的改变，不会产生向外的电磁波发射。

在上一节中我们讨论了光子与以太海发生的反应。光子与以太海发生反应时的“物质以太”对应的能量是E，光子与以太海发生一次反应的周期时间为T=，而光子在空间中的速度为c，所以光子的波长就是在这个周期时间内光子前进的距离，也就是：

按照同样的思路，现在我们来考虑粒子与以太海发生的反应。粒子与以太海发生反应时“物质以太”对应的能量是粒子动能的部分E动，因此，粒子中的动能E动与以太海中被激发的能量h发生一次反应的周期时间为，而粒子在空间中的速度是v，那么，这个粒子的物质波波长λ就是在这个周期时间内粒子前行的距离，即：

这个公式是在“物质以太”假设的基础上推导而出。我们假设粒子中的动能部分会与以太海发生反应，物质波波长λ粒子是一个反应周期内粒子前行的距离，也代表当粒子前行λ粒子的距离时，以太海中激发出的能量会与粒子发生互动，形成以太海的波动，也会影响粒子的空间位置。

但它是否与德布罗意的波长公式吻合？毕竟德布罗意的波长公式得到了实验验证。为了解答这个问题，让我们对这个量子力学中的核心公式进行一定的变形。

在德布罗意的物质波公式的基础上，我们在等号右侧分号的上下同时添加，将物质波公式转变为如下形式，即：

根据“物质以太”的假设，我们得到的物质波波长是vt。但按德布罗意公式，物质波波长是，这两个公式的形态虽然相似，但前者是后者的两倍，而很显然，德布罗意给出的公式已被实验证实。

但这意味着“物质以太”的相关思路被证伪，还是说我们有什么遗漏的地方？