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光子究竟是什么樣子
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光子究竟是什么樣子
發(fā)布時間:2008-08-29   字號:

  對于光是一種波,學(xué)生頭腦中的形象很清楚,基本上就象水波或者聲波一樣,散布在一個空域中,而這個空域的形體是可以變化的,光波可以分割,即使到了光的電磁理論的時候,也只是把光波中振動的量,更具體化為電場與磁場而已。

  對于光子,學(xué)生也習(xí)慣于要去建造一個模型來模擬,就是要找一個宏觀物體,或者一種宏觀的運動,它能在主要方面和光子的行為相似。我們不妨為此去作些努力吧。

  把光子仍然想象成可以任意分割的波,可無法解釋光電效應(yīng)的規(guī)律,因為這些規(guī)律顯示出光的能量,必須是一份一份不可分割的。尤其是后來一些精采的實驗,把這種粒子性顯示得更加突出。比如有人做過用極微弱的光進行雙縫干涉實驗,在可以分辨的時間內(nèi),平均只有一個光子到達屏幕,開始在屏幕上顯示出來的不是很弱的干涉花紋,而是實實在在的一個個的光點。這是非常清楚的粒子的形象,每個點的光能就正好是h。只有當(dāng)很多光子通過雙縫以后,屏上才逐漸顯示出,亮暗相間的條紋,可見,那些亮的區(qū)域,是許多光點組成的,而暗的區(qū)域則是光子到達概率很小的區(qū)域。

  這樣看來,似乎又應(yīng)該把光子想象成一個彈丸似的東西了,一個彈丸打在靶上就出現(xiàn)一個孔,這是我們在客觀世界所熟悉的東西??墒沁@也不行。因為光必須通過雙縫才能形成干涉條紋。若把光子想象成彈丸的話,一個彈丸只能通過一個縫,通過一個縫與另一個縫是開是合有什么關(guān)系呢?要解釋清楚這個現(xiàn)象,必須認為光是一個波,它的部分通過一條縫,另一部分通過另一條縫,結(jié)果形成了干涉。

  總之,光子表現(xiàn)出來的行為是這樣的:它打在熒光屏或光電陰極上,出現(xiàn)在一個很小的區(qū)域中,它的能量是一個不可分的份額h,這說明它是粒子,可是它在通過狹縫時,它又必須展布在一個較大的空間,而且可以分割成任意的幾部分,把這些被分割的部分重疊在一起,還會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象,這清楚地說明它是一種波。在宏觀世界中,能找到具有這種性質(zhì)的東西嗎?不能。正是因為宏觀世界中沒有這種東西,這才給光子的形象造成了困難。其實,我們認識一個事物,重要的是要知道它在什么環(huán)境下有什么表現(xiàn),我們能夠完全掌握它的規(guī)律就行了,用另一個東西來類比并不是必須的。事實上,任何類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,對于“光子是什么樣子”的回答是:光子就是它自身那樣子。

 
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