第七层 光即是波又是粒子

第七层 光即是波又是粒子

因为爱因斯坦，光的微粒说重新回到了大众视野。但并不代表波动理论被推翻了，因为仍然需要波动理论来解释干涉现象和衍射现象。为了同时保全光的波动理论和粒子理论，物理学家们索性提出了光即是波又是粒子的概念，也就是所谓的波粒二象性。  

那既是波又是粒子的光是什么样的呢？

按照当时人们的理解，光是由无数的光子组成的，而光束本身具有波动性，就好比无数的水分子形成了海浪，而海浪本身具有波动性。同样的，光子组成光束， 光束具有波动性，这也是第一个版本的波粒二象性。

然而，1909年，杰弗里.泰勒爵士进行了一项与传统双缝干涉实验不同的实验，这个实验的特殊之处是在于他是让光子一个个的通过狭缝，令人惊讶的是，最终他发现这个实验仍然产生了明暗相间的干涉条纹。   

这意味着，一个光子可以同时通过两条狭缝，自己与自己互相干涉。当时候的物理学家还能勉强接受这个实验结果，这是因为光的本质是电磁波，单个光子也是电磁波，由于单个光子能被双缝平分，所以一个光子可以同时通过两条狭缝，这一套说法就是第二个版本的波粒二象性。

可惜的是，随后的电子双缝实验，推翻了这个版本的波粒二象性，这是因为，电子并不是电磁波，但电子一个个通过狭缝后，依旧出现了明暗相间的干涉条纹，所以这时诞生了第三个版本的波粒二象性，也就是光有时会展现波的性质，有时会展现粒子的性质，取决于实验的种类。    

虽然这个版本是比较常见的解释，但是这个版本的说法存在一个问题，为什么光子可以有意识的选择什么时候展现波的属性还是粒子属性？虽然这个问题是可以被解释的，但是这将会复杂化我们对光的理解，这是物理学家不愿意见到的情况。  

如何正确理解波粒二象性呢？

光子本身确实是一种波，但不是所谓的光子波，而是概率波。在双缝干涉实验里，一个概率波的两个波前同时的从两个狭缝，以同心圆的图案传播出去，也就是一个概率波分为两个概率波，两个概率波发生叠加后，会决定光子在探测屏上有可能所出现的位置，而这个概率分布恰好就是探测屏出现的明暗相间的干涉条纹，光打在探测屏后，波函数会坍缩，并有了一个确定值，而这个确定值就是所谓的粒子，因此，把光当成是波函数，波函数坍缩后变成粒子这一套说法就是第四个版本的波粒二象性，也是目前比较主流的一种说法。          

作者QQ及微信：49922779