光被認為是在時空中飄蕩的波浪，就像池塘中的波紋一樣，直到1905年愛因斯坦表明它也像粒子一樣。愛因斯坦終于解決了一個奇怪的物理問題，即光如何把電子從金屬表面撞出來。他意識到，只有光不像波浪那樣，而是像離散的光子包，這才有可能從金屬表面撞擊出電子。愛因斯坦也因為解釋了光電效應而獲得了諾貝爾獎。
通過這一發現，愛因斯坦引發了現在所謂的波粒二象性的研究熱潮。光具有雙重性質——當蠟燭的光圍繞阻礙其路徑的物體流動時，它作為波存在，但從激光的噴嘴發射的光，它也作為粒子存在。然而，是否只是光被賦予了這種變化無常的個性？為什麼大自然會鼓勵這種不對稱？或者，物質也存在波的特性？這些是路易·維克多·德布羅意在1924年博士理論中提出的問題。 他得出了什麼結論？是的，物質也有波的特性。
德布羅意的論文徹底改變了現代物理學。物質的波粒二象性激發了現代原子物理學一個全新的分支——波力學的誕生，這是一個神秘的領域，形成了量子力學的根。
戴維森和加納進行了一項具有里程碑意義的實驗，表明當電子射向兩個狹縫時，放在它們前面的熒光屏幕上產生的圖案會復制干涉模式。干涉模式對波的影響就像寒冷對冰的影響一樣。當單色光（單個波長的光）穿過兩個狹縫時，一些波會合并，而其他波則相互抵消，在前面的屏幕上形成一個長長的交替的亮帶和暗帶圖案。
但是，如果要通過兩個縫隙發送多個網球，則每個網球都將簡單地穿過其中一個，從而在屏幕上僅形成兩個網球帶。 這是您從直覺上對諸如電子之類的粒子的期望。然而，這種情況并非如此。戴維森和加納表明，當您通過兩個狹縫發送電子時，它們不僅會照亮兩個電子，而且還會交替出現一長串交替的亮帶和暗帶，從而照亮屏幕！
想象一下當時的實驗者是多麼震驚，這是高度違反直覺的，但它是真實的。隨后的實驗證明了德布羅意的說法并不荒謬，物質確實具有波長。德布羅意發現波長「λ」是 h/p 的比率，其中「h」是普朗克的常數，其值為6.626X10^（-34） ，「p」是對象的動量。
他通過將兩個他認為實際上是對稱的非對稱系統的能量，即光的能量pc和單個光子hf的離散能量，進行等價計算，得出這樣的關系：c = λf ，λp = h 或 λh/p。
現在，因為這個假說對于電子是正確的，所以對任何電子組成的東西來說都是正確的，那麼我們世界所有東西都是擁有這樣特性。讓我們考慮一個橙色的籃球，籃球不在物體周圍搖擺和圍繞物體流動的原因是籃球相關的波長無窮小。無論籃球有多大或移動的速度有多快，它的波長都不能超過分子的波長。一個1公斤籃球相關的德布羅意波長的計算如下，波長單位為米：
只有當波的波長與狹縫的寬度相當時，才能進行雙狹縫實驗。如果你要在籃球上復制戴維斯森和加納的結果，你需要寬度為10^（-34）米的狹縫，目前的技術做不出來這樣狹縫。 然而，電子的波長測量在米的規模。這是由于電子的微不足道的質量和快速的速度。目前技術允許開發這種寬的狹縫。從本質上講，籃球確實具有波長，但它太小，無法感知。不僅僅是一個籃球，還有你，我和整個宇宙中的一切，都表現出波粒二象性。畢竟，自然是對稱的。
起初，我和其他人一樣，感到困惑。這些年來的學校教育鞏固了我對電子的粒子解釋。剛性電子怎麼可能繞著狹縫流動并畫出干涉圖樣？它們在進入之前會分裂并在退出之后合并嗎？宇宙甚至有意義嗎？
懷疑論者推測，這種模式是電子通過狹縫的叫聲的結果。為了驗證這一點，實驗者通過一次一個地道發射電子來進行實驗，就像一串聽話的螞蟻。然而，令他們驚訝的是，這種模式還是出現了！
但我怎麼去想象電子的波紋呢？傳統意義上的波無法理解電子波，這種矛盾使我們深感困惑。幸運的是，人們可以找到喘息，因為這些波不是我們在池塘里發現的傳統波紋，而是「機率」波。雖然人們可以找到引起波紋的石頭，但電子不能這麼說。
對于機率波，石頭無法定位，因為它的位置是不確定的。我們不能明確地說它「在這里」或「在那里」。可以說，石頭更可能「在這里」或「在那里」被發現。從某種意義上說，它是「無處不在」，它的位置是「分布式的」。這種機率波的概念意味著電子同時穿過兩個狹縫！
物理學家們毫不留情，他們想親眼看到這種「分布」。他們安裝了一個精密的探測器，在電子穿過縫隙時監視它，他們觀察到的使他們目瞪口呆。現在，他們觀察到了每一個通過的電子，屏幕上的圖像假設了粒子或球的預測模式！最終的生成的模式只是由兩個垂直帶組成，充滿了電子。 這時，每個人都無奈地舉起雙手，并驚呼，「我們已經受夠了。
所發生的事情是，單純的觀察行為不可逆轉地改變了電子的本質。兩個概念解釋了這種荒謬的行為，兩個非科學文化很容易認同量子世界的奧秘：海森堡不確定性原理和薛定諤的貓。
圖注：薛定諤的貓。
分析電子的雙重性質就像聽一首歌：當您期望欣賞歌詞（位置）時，您會失去對優美的鋼琴，柔和的吉他和定期邦戈鼓，構成其的基本音調（動量）的追蹤 旋律。而當您下定決心欣賞音樂時，您就無法記住觸及心靈的歌詞。我們不能把我們的器官借給某一個方面；我們器官必須達成一個和諧的統一體來欣賞音樂的整體美。
在沒有這些精密探測器的實驗中，我們對電子的精確位置不確定，對電子的能量以及動量大小不確定。在量子力學領域，動量等同于分布或波長或波，而位置等同于精確度。因此，動量的認識使電子像波一樣運動。然而，在探測器的實驗中，我們對電子的位置非常確定，但對其動量不確定。這種觀察行為迫使它的行為像粒子一樣。如上所述，其性質的變化是不可逆轉的。貓既死又活，直到你打開盒子自己看它。
簡而言之，電子既是粒子，也是波，直到我們測量其定義特征之一——動量或位置。一旦測量其中任何一個，其性質就永久決定。
圖注：植入半導體基板上的晶體管
德布羅意因他的發現而獲得諾貝爾獎，其影響後來成為科幻小說的情節核心。在現實世界中，德布羅意的發現對摩爾定律構成嚴重威脅，該定律規定，植入半導體基板上的晶體管必須每年翻一番。 目前，在納米的范圍內，導線最終會與電子大小相當，從而使內在量子效應干擾它們運行。工程師們想知道，在電子像在狹縫周圍流動之前，導線必須非常小。
圖注：現代電子顯微鏡，它們可實現高達 10，000，000 倍的放大倍數
然而，電子的波性質也為電子顯微鏡的發展鋪平了道路。這些顯微鏡不是用光照亮樣品，而是用電子來照亮樣品。然后，電子波被強大的磁鐵放大，就像光波被透鏡放大一樣。它們可實現高達 10，000，000 倍的放大倍數。這使得微生物學家和化學家能夠研究分子的驚人細節。同樣，我們對波的傳統解釋是混亂的，然而正如尼爾·德格拉斯·泰森所說的：「宇宙沒有義務對你有意義。」
