Question

光子究竟是什么样子

Answer 1

对于光是一种波，学生头脑中的形象很清楚，基本上就象水波或者声波一样，散布在一个空域中，而这个空域的形体是可以变化的，光波可以分割，即使到了光的电磁理论的时候，也只是把光波中振动的量，更具体化为电场与磁场而已。 对于光子，学生也习惯于要去建造一个模型来模拟，就是要找一个宏观物体，或者一种宏观的运动，它能在主要方面和光子的行为相似。我们不妨为此去作些努力吧。 把光子仍然想象成可以任意分割的波，可无法解释光电效应的规律，因为这些规律显示出光的能量，必须是一份一份不可分割的。尤其是后来一些精采的实验，把这种粒子性显示得更加突出。比如有人做过用极微弱的光进行双缝干涉实验，在可以分辨的时间内，平均只有一个光子到达屏幕，开始在屏幕上显示出来的不是很弱的干涉花纹，而是实实在在的一个个的光点。这是非常清楚的粒子的形象，每个点的光能就正好是h。只有当很多光子通过双缝以后，屏上才逐渐显示出，亮暗相间的条纹，可见，那些亮的区域，是许多光点组成的，而暗的区域则是光子到达概率很小的区域。 这样看来，似乎又应该把光子想象成一个弹丸似的东西了，一个弹丸打在靶上就出现一个孔，这是我们在客观世界所熟悉的东西。可是这也不行。因为光必须通过双缝才能形成干涉条纹。若把光子想象成弹丸的话，一个弹丸只能通过一个缝，通过一个缝与另一个缝是开是合有什么关系呢？要解释清楚这个现象，必须认为光是一个波，它的部分通过一条缝，另一部分通过另一条缝，结果形成了干涉。 总之，光子表现出来的行为是这样的：它打在荧光屏或光电阴极上，出现在一个很小的区域中，它的能量是一个不可分的份额h，这说明它是粒子，可是它在通过狭缝时，它又必须展布在一个较大的空间，而且可以分割成任意的几部分，把这些被分割的部分重叠在一起，还会产生干涉现象，这清楚地说明它是一种波。在宏观世界中，能找到具有这种性质的东西吗？不能。正是因为宏观世界中没有这种东西，这才给光子的形象造成了困难。其实，我们认识一个事物，重要的是要知道它在什么环境下有什么表现，我们能够完全掌握它的规律就行了，用另一个东西来类比并不是必须的。事实上，任何类比也只能是局部的相似，世界上不存在完全相似的事物，除非事物本身。因此，对于“光子是什么样子”的回答是：光子就是它自身那样子。