为什么光既被认为是粒子又是波?

超自然现象探索官 2024-05-23 08:15:01

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正如我们所知,光由无电荷、无质量的量子粒子组成,爱因斯坦将其称为光子。当我们说“量子粒子”时,我们的意思是粒子遵循量子力学规则,而不是经典物理规则。当存在许多光子时,量子力学提供的时空概率分布与麦克斯韦对“电磁辐射”的经典描述非常吻合。

这是一位参与量子物理学的科学家对这一方面的描述。在我看来,他的描述非常符合逻辑,而且非常清晰。

罗里·诺福克,理论物理学博士。

“当我的学生问我这样的问题时,我倾向于进行一些推测。我强调光子不具有分裂人格,它的行为要么像波,要么像粒子,具体取决于实验。一般来说,任何实验的目的都是为了证明光子的波性质或粒子性质,因此准确地证明了这一点。

如您所知,量子实体总是表现得像波。它们通常简称为波包:

它的行为就像局限于一个小体积中一样,我们将其视为“粒子”行为。但正如你在这张照片中看到的,那里肯定有波浪。

这就是量子理论中发生的一切——波可以分散在很大的体积上,也可以如图所示“分组”。这就是“行为”差异的来源。

如果测量粒子的位置,就会导致它具有高度聚集的波函数。粒子不会“决定”它现在将“表现得像粒子” - 是您的测量行为迫使它以这种方式表现。

因此,光子表现出粒子和波的特性。如果检测到光子,波函数可能会发生变化,例如收缩到一个点,但光子在传播过程中主要保持波状,因为它们以光速传播并且与物质的相互作用较弱。在空气中传播的光子将比上图所示的更加弥散。

波粒二象性与海森堡不确定性原理密切相关,因为速度与波长相关。“纯波”将作为正弦波无限传播,并且具有完全不确定的位置,而“纯粒子”将集中在一个点,并且具有完全不确定的波长(因此速度)。大多数时候,所有粒子都介于两者之间。你想怎么称呼他们就怎么称呼他们。我通常称它们为场,尽管粒子物理学家可能不是这样使用这个词的。”

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