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.