现在该谈谈连续的场,或者说,物质的波动特性了。我们主要通过衍射和干涉的方法来研究波动结构。对光波的分析和测量主要使用光栅,即表面上蚀刻出大量纤细、平行的等间距条纹的光滑金属。当入射光沿着一个方向照射到光栅上后,会依据波长的不同被散射到不同方向上。但即便是我们所能制造出的最精细的光栅,间隙也依旧太大,无法散射波长非常短的物质波。不过,自从马克斯·冯·劳厄(Max von Laue)首次使用晶格来研究硬X射线,物理学家意识到可以用晶格来散射物质波。高速粒子流照射在晶体表面,就能展现出它们的波动性质。有了晶体光栅,物理学家已经完成电子、中子和质子的衍射实验,并测出了它们的波长。
依照爱因斯坦的理论,粒子的能量等于粒子的质量m和光速c的平方相乘。1925年,路易·德布罗意(Louis de Broglie)提出一个推论:粒子可能总是与一个波动过程联系在一起,波的频率是能量粒子的能量除以h。让他做出如此推断的粒子是电子。过了不到两年,他的“电子波”就被C·J·戴维逊(C. J. Davisson)和L·H·革末(L. H. Germer)的著名电子衍射实验所证实。以此为起点,物理学家意识到所有东西——无一例外——都既是粒子也是波动场。于是,德布罗意的博士论文让我们再难确定物质的本性。粒子图景和波动图景都有揭示真理的价值,我们不能舍弃任何一个。但我们不知道怎样把两者合而为一。