電子是我們解釋自然現(xiàn)象的一個(gè)模型。沒人真正見過電子，但假設(shè)存在這么一種東西的模型已被實(shí)踐證明很好用。在量子力學(xué)的模型里，對(duì)于雙縫干涉這樣的雙路徑實(shí)驗(yàn)，電子這樣的微觀物體可以同時(shí)通過兩條路徑或通過其中任意一條路徑，從初始點(diǎn)抵達(dá)最終點(diǎn)。這兩條路徑的程差促使描述微觀物體的物理行為的量子態(tài)發(fā)生相移，因此產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。
拿電子和其它粒子做衍射和干涉是展示“微觀物體在具有粒子性的同時(shí)也具有波動(dòng)性”，幫助人們更好地理解其性質(zhì)與規(guī)律。拿單個(gè)電子、單光子之類做雙縫干涉是證明“一個(gè)粒子可以同時(shí)穿過兩條縫而對(duì)自身產(chǎn)生干擾”，體現(xiàn)出微觀物體的波動(dòng)性與不確定性。
有些文章對(duì)網(wǎng)絡(luò)上貼得到處都是的著名圖樣的來源闡述得不清楚。這是日本的外村彰帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在1988年做的電子干涉的圖樣：
該實(shí)驗(yàn)使用雙棱鏡干涉機(jī)制，在兩塊相互平行的接地金屬板之間置入一條帶正電的細(xì)金屬絲，以電子束照射該裝置，用熒光屏收集抵達(dá)電子的相關(guān)數(shù)據(jù)。
圖中每一點(diǎn)表示一個(gè)電子抵達(dá)探測(cè)屏，但這不展示電子的粒子性，因?yàn)闃?gòu)成探測(cè)屏的是離散的原子而不是一大片平板時(shí)空。該圖樣可詮釋為電子波與離散原子間的相互作用，探測(cè)的動(dòng)作造成電子波的坍縮。
在該實(shí)驗(yàn)中，每秒約有1000個(gè)電子抵達(dá)探測(cè)屏，電子束中每兩個(gè)電子間的距離約為150千米，兩個(gè)電子同時(shí)存在于電子束發(fā)射器與探測(cè)屏之間的概率微乎其微，不存在“射出的兩個(gè)電子之間的相互作用”。
對(duì)于“觀測(cè)粒子通過哪條縫會(huì)引起干涉圖樣變化”，哥本哈根詮釋認(rèn)為，在粒子發(fā)射和粒子抵達(dá)探測(cè)屏這兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間，粒子的位置無法被確定；如果人要確定粒子的位置，必須以某種方式探測(cè)它，這探測(cè)必然改變粒子的量子態(tài)，從而影響干涉圖樣。
費(fèi)曼則對(duì)此提出了干涉的路徑積分表述。這是一種數(shù)學(xué)描述，不采用“粒子的唯一確定的運(yùn)動(dòng)軌道”這種經(jīng)典概念，而是使用泛函積分計(jì)算出粒子的所有可能軌道的總和。假設(shè)一個(gè)粒子要從發(fā)射點(diǎn)A移動(dòng)至探測(cè)屏的位置點(diǎn)B，A、B之間有兩條狹縫，則粒子的“所有可能路徑”包括同時(shí)經(jīng)過兩條狹縫的路徑；如果人用探測(cè)手段來觀察粒子經(jīng)過兩條狹縫中的哪一條，設(shè)探測(cè)手段對(duì)應(yīng)的位置為點(diǎn)C，在點(diǎn)C觀察到粒子的時(shí)候，從點(diǎn)C到點(diǎn)B之間并沒有狹縫，所以不會(huì)有干涉圖樣。
2011~2012年，內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校的物理系研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了費(fèi)曼在1965年描述過的雙縫思想實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)使用的儀器可以隨意控制每一條狹縫的關(guān)閉與開放，測(cè)試了電子在以下三種狀況表現(xiàn)的物理行為：
第一條狹縫開放+第二條狹縫關(guān)閉，
第一條狹縫關(guān)閉+第二條狹縫開放，
兩條狹縫都開放。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合量子力學(xué)的量子疊加原理，展示出電子的波動(dòng)性。
至于在這里也可以遇到的某些萌頭不斷復(fù)讀的“只用一個(gè)電子能不能做出實(shí)驗(yàn)”，這是對(duì)量子力學(xué)的基本設(shè)定不了解，乃至不知道自己了解不了解，顯得很呆萌。
在模型里，任意兩個(gè)電子的物理性質(zhì)都是一樣的。把一個(gè)電子打到熒光屏上再拿下來送回電子槍再打出去的反復(fù)操作，跟一個(gè)個(gè)地發(fā)射多個(gè)電子產(chǎn)生的現(xiàn)象沒區(qū)別。
只拿單個(gè)電子也可以做出特定的量子力學(xué)實(shí)驗(yàn)。電子可以在現(xiàn)代技術(shù)下分裂為2~3個(gè)準(zhǔn)粒子：空穴子、自旋子和軌道子?！皽?zhǔn)粒子”是物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的、表現(xiàn)出粒子特性的東西，而非“ 比電子更基礎(chǔ)的基本粒子”。說是“分裂”是因?yàn)殡娮釉诓煌目臻g位置各自表現(xiàn)出了自己性質(zhì)的一部分。
電子之間因?yàn)閹в邢嗤姾啥ハ嗯懦狻Ｔ诜浅頂D的條件下，為了彼此穿過，電子必須改變行為。電子可以通過量子隧穿從金屬表面跳到靠近位置的量子線上，這時(shí)就能表現(xiàn)出上述“分裂”現(xiàn)象。
開篇已經(jīng)談過，電子是我們用來解釋物理現(xiàn)象和做出預(yù)測(cè)的理論。人無法看到電子，但在各種實(shí)驗(yàn)和預(yù)測(cè)中假設(shè)電子存在是非常管用的，以至于我們簡直覺得電子是確鑿存在的。在這類特殊的實(shí)驗(yàn)中，假定電子可以分裂成幾個(gè)準(zhǔn)粒子會(huì)更便于計(jì)算，這并不是說電子是“可以拆分的非基本粒子”。
人們?cè)缫阎离p縫實(shí)驗(yàn)也可以用中子、原子等來做，使用的儀器不同，結(jié)果相似：每個(gè)單獨(dú)的微觀物體離散地撞擊探測(cè)屏，撞擊位置無法預(yù)測(cè)，表明整個(gè)過程的概率性；累積很多次撞擊事件后，總體顯示出干涉圖樣，表明微觀物體的波動(dòng)性。
有些文章圍繞粒子行為故弄玄虛、鼓吹“意識(shí)決定”之類。其實(shí)1987年人們就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果只獲得部分路徑信息，干涉圖樣不會(huì)完全消失。這表明只要我們的測(cè)量手段不過度地干擾微觀物體的運(yùn)動(dòng)，干涉圖樣只會(huì)對(duì)應(yīng)地被改變，不存在“意識(shí)一介入就必定發(fā)生”的作用。恩格勒-格林柏格對(duì)偶關(guān)系式對(duì)這方面的量子行為進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)學(xué)論述。
2003年，人們讓碳60發(fā)生了雙縫干涉。2013年，人們讓810個(gè)原子組成的分子量超過10000的有機(jī)大分子發(fā)生了雙縫干涉。隨著技術(shù)提升，我們可以在越來越宏觀的東西上觀測(cè)到波動(dòng)性。這證明物質(zhì)波模型的適用范圍很廣，微觀物體與宏觀物體沒有絕對(duì)的界限。
2017年，在復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)儀器里，人們觀測(cè)到粒子在裝置的不同部位突然消失和突然出現(xiàn)。有波粒二象性以外的模型可以對(duì)此進(jìn)行解釋：時(shí)空中充斥著具有負(fù)質(zhì)量和負(fù)能量的粒子，具有能量的粒子在這個(gè)新狄拉克之海里并無具體的位置，隨時(shí)可以被抵消和重建，所謂干涉是我們?cè)噲D描述它運(yùn)行的平均狀況。
2016年，人們讓細(xì)菌表現(xiàn)出一定程度的量子疊加。2019年，人們讓分子量1886的短桿菌肽發(fā)生了雙縫干涉而沒有損害它的生物活性。如果技術(shù)繼續(xù)穩(wěn)步發(fā)展，十年內(nèi)一些病毒和較為小型的細(xì)菌就可以拿來做雙縫干涉了。這是試圖直接展示“宏觀物體乃至生命體也具有波動(dòng)性”。
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