物質具有波動性和粒子性的概念在經典力學中早已形成，粒子和波是兩種完全不同的物質形態，它們由完全不同的物質構成。
波粒二象性
所謂的粒子性，是指物質具有間斷性的體現，是屬於粒子固有的屬性。在經典力學體系建立後的明確定義是：粒子被認為是物質的質量、能量和動量在空間的高度集中。它的重要特徵是：1、有準確的空間定位；2、有明確的界面與其他客體分隔開；3、具有不可入性（就是一個空間有粒子存在，不能被另一個粒子同時佔據）；運動時具有一定的軌道。
所謂的波動性，則是指某種物質介質中振動狀態和振動能量的傳播。物質的波動性最重要的特徵是：1、能量在空間可以連續分佈並可以傳播擴散；2、兩個波在空間相遇遵循疊加原理，在一定條件下能產生干涉現象；3、沒有不可入性。波動性是物質具有連續性的反映。
在經典物理學中，波動性屬於光和場，可以散步在廣闊的空間，粒子性屬於被定域於有限空間的實物。從經典力學角度看，物質形態要麼是粒子，要麼是波，絕不可能同時又是粒子又是波。根據直覺思維和大部分實驗結果，物理學家們覺得這麼定義沒毛病，覺得理論已經完善了。但是，對於光的實驗卻出現了兩種不同的結果，即光的波粒二象性佯謬。
“光是什麼”這個問題很早就被提出來了，引起的爭論激烈程度和延續時間之長在物理學發展史上都屬罕見。在17世紀，幾乎同時出現了關於光本質的兩種觀點：一個是牛頓提出的光的微粒說，認為物體發光是因為它射出了光粒子流；另外一個則是惠更斯提出的波動說，認為物體發光是因為發光體在脈動並在其周圍的以太之中形成波。由於微粒說可以很方便的解釋光的直線傳播、反射、折射，而且與當時的經典力學體系可以形成一個統一的整體，所以比較容易被世人所接受，在一段時間內佔上風。
到了19世紀，托馬斯·楊，菲涅耳，夫琅和費等人光的干涉實驗成功，使波動說又取得了近乎決定性的勝利，因為光的干涉、衍射這些顯然是波的屬性，微粒說根本無法解釋。1864年，麥克斯韋用電磁理論證明了光波的電磁性質後，使得光波動的描述達到了完善的地步。光的波動說似乎獲得了徹底的勝利。
但是，1872年莫斯科大學的教授託列托夫首先發現了光電效應（愛因斯坦是理論解釋，不是發現），1902年物理學家菲利普·勒納宣佈了光電效應的驚人規律，這些由實驗獲得的規律有無可爭議的實驗事實作為佐證，人們是無法懷疑的，而且這一效應是波動說無法解釋的。於是，光的微粒說和波動說的爭論戰火再一次重新點燃。愛因斯坦在解釋光電效應時，認為光不僅在發射和吸收時，按普朗克的能量子不連續的進行，而且在空間傳播也是不連續的，也是量子化的，並取名為“光量子”。1926年，物理化學家劉易斯建議取名為“光子”(photon)，這個名稱沿用至今。
光子理論雖然能完美的解釋所有光電效應的實驗事實，但是光的波粒二象性卻使當時的物理學家們無法解釋：光怎麼可能一會兒是微粒，一會兒是波呢？為此，普朗克和愛因斯坦還對槓了起來。普朗克認為大量關於波動現象的實驗事實決不可能把光納入粒子描述中。而愛因斯坦堅持光的粒子結構。
一波未平，一波又起。關於光的波粒二象性佯謬還沒解決，又一個攪局的來了。1923年，法國一博士生德布羅意發表了《波動粒子》的文章，提出了一個令整個物理學界都震驚的新觀點。他認為，任何物體大至一個行星，小至一個電子，都會產生一種波，這種波既不是機械波（因為它可以在絕對的真空中傳播），也不是電磁波（因為不帶電的物體也能產生這種波）。這種波後來被薛定諤稱為“物質波”，也叫“德布羅意波”。物質波概念提出來之後，那真是眾矢之的，許多年老的物理學家都認為這個小夥子簡直在扯犢子。
幸運的是，物質波很快就被美國實驗物理學家戴維遜和他的助手革末、英國物理學家湯姆遜先後於1927年和1928年發現。實驗證實：電子在射向晶體時，的確能夠像波一樣產生衍射現象。這樣，德布羅意把這個局從光子攪到小至電子大至行星的一切物體都有波粒二象性佯謬了。有意思的是，德布羅意本人也不知道如何解釋這個佯謬，先後嘗試用“導波”，“波包”說去解釋。還有很多物理大神都嘗試去解釋，比如為物質波建立波動方程的薛定諤，片面強調了波動性完全否定了微觀粒子的波粒二象性；蘭德則與薛定諤相反，認為客觀存在的僅僅是經典觀點的粒子性，波動性只是一種表面現象。顯然，它們都被證實是錯誤的。
這些解釋共同的特徵都是試圖返回或部分返回到經典物理中去。只強調波動性和粒子性的一個方面，而不承認另一方面是不可取的，實驗結果不支持他們的觀點。海森堡說：“從實驗可以看出，物質和輻射都有稀奇的二重特徵，因為它們有時候呈現波的性質，有時候由呈現粒子性質。······事實上，實驗肯定的只是，光有時好像具有粒子的某些屬性，但沒有實驗證明它具有粒子的一切性質；類似的說明對物質和波動也成立。”
那到底怎樣才能解釋微觀世界出現的這種神奇的波粒二象性呢？我們下一篇繼續講，歡迎關注頭條號：大盧講物理，我們不講明星，不講八卦，不講政治，我們一起聊聊我所學的物理知識，有不對的、不嚴謹的請指正，謝謝。