大家好，上篇文章重点介绍光速不变原理和光质量，今天我来向大家介绍光的波粒二象性，也就是说光同时具备粒子特性和波的特性，其中粒子特性可以将光当做不可分割的小球来看；而波的特性则可以类比声波与水波的性质。
首先说光的粒子特性，当时牛顿通过小孔将光引入暗室，照在三棱镜上，在墙面上得到一条彩色光谱，因此牛顿认为光是一种微粒，而颜色就像不同颜色小球混合在一起，通过不同介质衔接面将不同颜色的小球分离出来，由于当时牛顿在物理学界的地位无二，所以微粒说一直被人们广泛认可。
其实光的粒子特性，在我们日常生活中还是比较常见的，例如影子，从牛顿第一定律，也叫惯性定律可知，光只有具备质量粒子特性才会沿着直线传播，不会绕过物体，可以理解为一个一个的能量小球，打在物体上，而当光看做粒子时便具备动量，就像我前面提到的光压现象，而这种质量为相对论质量。还有初中物理中的小孔成像现象，通过小孔观察远处景象，会成一个倒像，进一步证明了光子的存在。
最终一锤定音的还是爱神，他通过将光子划分为一份一份能量，成功解释光电现象（当光照射到金属板上时会产生电流的一种现象），光的粒子假说成为真说。
光的波动说当然也是正确的，不过发展过程也是比较曲折的，关于光的波动说和粒子说历史上争论了很久，格里马第发现光会绕过小木棍，在阴影处出现衍射现象，而后胡克提出，光可能是一种机械波，机械波是一种通过介质传播的震动形式，像水波和声波，并且是以以太为介质的纵向波。这一点得到了惠更斯的继承，他认为波面上每个点都是一个波源。由此解释了光的折射定律和反射定律，光的衍射和牛顿环实验。不过后来的迈克尔逊-莫雷干涉实验否定了以太的存在，直到麦克斯韦给出麦克斯韦方程组，人们才知道光的其实是电磁波中，通过电场激发磁场，再通过磁场激发电场产生的。
说白了，就是电生磁，磁生电的过程，生成速率真空恒定，所以光速与真空电容率和真空磁导率有关，所以光速恒定，由此可知宇宙中并没有以太，所以电磁波也不是机械波，我们可以称之为激发场波。
后来的杨氏双缝干涉实验也证实了光的波动性，实验中我们观察到了干涉条纹，说明光是以一定概率投射到屏幕上的。
不过关于这个实验有一些诡异之处，当我们对光进行观测时，这时光直接投射到屏幕上的图像竟然变成两条线，不再是黑白相间的干涉条纹，也就是说，当我们对电磁波观测的时候光表现出粒子的特性，沿着直线传播，这样电磁波不再是波了，他好像知道我们要对其进行观测似的，这种情况让人匪夷所思，甚至让人毛骨悚然，真的有幕后黑手在操控我们的世界吗？光的状态和观测竟然还有关系！
其实不观测就是波，观测就是粒子，这在量子力学中称为量子坍缩，由叠加态坍缩为本征态的过程，波可以看做是一种能量的概率分布，不同频率的光能量分布不同，当观测行为产生时会使空间能量分布产生变化，因为观测本身需要发出电磁波再接受电磁波，这样使得原来电磁场空间某点能量加强，这时加强的位置就会产生粒子，因为质能等价，能量相当于质量，有质量就会有能量，其实是观察者的观察行为导致空间中某点光粒子的出现，这种现象也被成为观察者效应，观察行为本身会导致电磁波由各种可能状态的叠加变为单一量子态，这个过程叫做量子坍缩。
所以杨氏双缝干涉实验表明光的平均态就是波，瞬时态就是粒子，所以才会有光的波粒二象性，既有波动性又有粒子性，只不过粒子性是波动性的瞬时情况罢了，这是被当前物理学界所一致认可的结论。
总结起来就是，光又是波又是粒子，电磁场又是大量光子的宏观体现，可以理解为光子带有能量的不可分小球，并且在不断做周期性波动，这样就会产生能量不连续的现象，而微观能量分立便是量子力学诞生的原因了。
所以光会沿直线传播，会产生倒立实像，会反射，会折射，会产生干涉、衍射现象，并且不需要介质就能传播，真空速度恒定，为速度极限，同时具有粒子特性和波的特性，更重要的是它让人看清了世界，真的是神奇而又不可或缺的物质，下篇我来讲一讲它更为重要的作用，它与上帝粒子的关系问题。
预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇