電子是波？
■黃鎮台 聯合報 2002.11.30
要知道科學家怎麼看待電子需要一些想像力‥‥
宇宙萬物之構成，一直為人類各文明所深感好奇。像西元前八世紀，西周幽王時代就有「五行」為萬物始基之說。西元前六世紀，希臘米勒都學派（Miletus）認為是水、氣。西元前五世紀，墨家認為是由不能再行分割的基本單位，「端」，所構成（「非半弗 」則不動，說在端」）；此與德謨克利圖(Democritus)的原子論類似。
現在，科學告訴我們，萬物是由分子所構成；而分子，則是由各種原子鍵結而成。原子的組成是電子和原子核。電子是「基本粒子」的一種。
二十世紀初，法國親王德布羅里在他的博士論文中，提出電子的「波─粒子雙重性」；也就是說，電子既像撞球，又像水波。
在人們的日常「經驗」和「語言」裡，粒子和波是兩種截然不同的東西。就像立方體有邊長、而球有半徑一樣，我們不可能找到一個同時具有邊長和半徑的物體。
那麼，電子到底是「什麼」？這個問題，對於初次接觸量子論的人，總是在他們心中造成極大的困惑。
近代科學並沒有「解釋」電子的雙重性。要知道科學家怎麼看待電子，我們需要一些想像力。讓我們想像宇宙中存在著這麼一個奇特的星球，Z。星球Z祇有一個孤單的生命體，p；p沒有視覺。Z的所有無生物，其外觀不是立方形、就是球形。也因此，p認知上祇有「邊長」與「半徑」兩個概念。
p有兩個測量儀器，方形儀器測量的是立方體的邊長，球形儀器測量的是球的半徑。
當一個形狀為立方體的無生物置入方形儀器後，儀器的外壁會同步往外或往裡調整，直到四壁與方塊之間沒有任何空隙。儀器此時的邊長，就是該無生物的邊長。
如果再將該無生物置入球形儀器，則因為儀器的外壁無法與方塊密合，所以測不出無生物的半徑。換言之，一個立方形的無生物是沒有半徑的。
現在我們從地球帶來一團黏土。對p而言，黏土的「形狀」超越了他的認知範圍。不過，p還是嘗試使用僅有的兩個儀器來量測黏土。
p將黏土置入球形儀器，結果黏土被擠壓成一只圓球。所以，p說，黏土有半徑。p再將這只球形的黏土置入方形儀器，結果黏土被擠壓成方塊。所以，p說，黏土也有邊長。
這個現象，對p來說完全無法理解。因為，兩個不可能共存的性質，半徑與邊長，竟一併出現在黏土身上。P於是結論，黏土有「半徑、邊長」雙重性。至於黏土的「本質」究竟是什麼？p仍然不清楚。
p祇是以它熟悉的語言，描述它觀測的結果而已。
近代科學，就如同p的實驗，並沒有告訴我們電子是什麼？科學談的是「如何」，而不是「為什麼」。科學家的實驗顯示電子的行為有時像撞球、有時像水波，所以量子論說，電子有波─粒子雙重性。至於電子「為什麼」兼具這兩種特性，科學目前並沒答案。
事實上：即使電子不具波─粒子雙重性，而祇是一個我們日常經驗和語言所熟悉的粒子，科學對於「為什麼會有電子的存在？」也沒有答案。求助於宇宙論並無濟於事。以大霹靂模型為例，科學家說，大霹靂之後大約百分之一秒的時間，宇宙溫度降至一千億度，電子及其他粒子就產生了（S. Hawking）；然而，又「為什麼」會有大霹靂的存在呢？
類似的循環論證也適用於像「生命起源」等問題。或許，從實證的角度來看，祇要科學對於自然現象能夠作出明確、可檢驗的描述和預測，事物之本質是什麼，已不是科學需要（甚至，能夠）著墨的課題了。
光到底是光波，還是光子？
電子是物質，是顆粒，為何會是波？
粒子性、波動性，兩個截然不同的性質卻並存於同一「事物」之上，令人百思不解！！！
關鍵是，科學家判斷物體具有什麼性質，根據的就是實驗。
科學家們發現，光在水中速度慢於在真空中速度，光具有干涉、繞射現象，在理論推導上這是屬於波動的表現，所以光具有波動的性質。
但是在光電效應，康普吞效應上，光卻變成一顆顆具有能量的粒子。如果以波動去解釋此二效應，絕對無法解釋實驗所得到結果，但將光假設成一顆顆具有能量的粒子，卻可輕易解釋實驗結果。
而電子，在解釋它為何可以穩定環繞原子核而不釋放能量時，（帶電粒子做加速運動會釋放能量），德布洛依以電子波的駐波解釋得到極為完美的結果。
記得瞎子摸象的故事嗎？瞎子們以他們的觸覺去瞭解大象，每個人依其觸摸到的部位，結合生活經驗判斷大象的長相，各認為是水管、柱子、扇子、牆壁、、等。其實，他們都答對了，也答錯了。
面對自然界萬事萬物，上至銀河系，小至原子核內部，我們試圖以有限的工具、有限的生活經驗，拼湊大自然這一塊拼圖。
學習的最大障礙是，我們的思考與理解受限於我們的生活經驗。