8. 围绕原子核旋转的电子是波！
刚才所说的内容确实离显微镜的话题有些远了，不过还请大家再等一下。
现在，话题的主角将从“光”转为“电子”。在普朗克和爱因斯坦的发现的基础上，法国物理学家德布罗意提出了新的设想，即如果被认为是波的光具有“粒子”的性质，那么被认为是粒子的电子也可能具有“波”的性质。
德布罗意提出这一设想，是为了寻找一个问题的答案，即“为什么电子在原子核附近绕其旋转”。
原子核带正电，电子带负电。按照当时的物理学理论，如果电子做圆周运动，那么它会因释放电磁波而损耗能量，进而在电磁力的作用下被原子核吸引过去。一旦如此，原子便无法保持稳定结构，会立即被破坏掉。
不过，现实的情况并非如此。电子始终围绕着原子核旋转。自原子结构被发现以来，“为什么电子在原子核附近绕其旋转”便成了棘手的难题。
针对这一难题，对“早期量子论”做出重大贡献的丹麦物理学家玻尔曾提出一种设想，即原子核周围存在像火车铁轨般的固定轨道，电子在这种轨道上旋转时不会损耗能量。这种轨道的大小，为包含普朗克常数的值的整数倍，也就是“离散的值”。
德布罗意为玻尔的设想提供了理论依据。如果认为电子是“波”的话，那么就能顺利地解释玻尔的假说。
如果电子是波，那么它的圆周运动则完全不同。原子核附近的电子不再是围绕原子核做旋转运动，而是以波的形式围绕在原子核附近做起伏波动。要让这种波保持稳定状态的话，其轨道长度必须为“波长”的整数倍。否则，起伏一周的波的“波峰”和“波谷”会无法完全重合，波动就会因干扰而消失。
这样的话，电子的轨道长度就如玻尔所言，是“离散的值”了。原子核周围存在若干长度为波长整数倍的轨道，电子在这种轨道上运动不会损耗能量，因此也不会被原子核吸引过去。
德布罗意认为，“波”的性质并非电子所独有，而是所有粒子都有这一性质。德布罗意将其称为“物质波”。所有粒子都是波，也就相当于说所有物质（当然也包括我们自身）都是波。
原子中的电子的波长为一亿分之一厘米左右，生活在宏观世界中的我们自然无法直观把握它的大小。不过，美国物理学家戴维孙与英国物理学家G.P·汤姆生，在1927年各自通过实验成功地验证了电子具有波的性质。
另外，日立制作所的外村彰在1989年的双缝实验中，完美呈现了反映电子具有波动性质的“干涉条纹”，备受世界瞩目。
在双缝实验中，需要准备一块凿有两条狭缝的不透明挡板，在挡板的一侧放置侦测屏，从挡板的另一侧发射电子束。电子束穿过挡板时，挡板会阻挡电子前行，因此穿过挡板缝隙的电子在侦测屏上的“弹着点”应该是可以预测的，然而事实并非如此。电子在侦测屏上的“弹着点”，看上去完全是随机分布的结果。
不过，如果观察大量电子在侦测屏上留下的痕迹，那么就能发现侦测屏上会出现某种图案，即“波”所特有的“干涉条纹”。向水中投入两块石头，两次水波的重合处会出现某种条纹，电子的“干涉条纹”就与之类似。
图2-3 双缝实验
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