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（该图摄于2015年。众所周知，光同时具有波和粒两种属性。而物质粒子也具有波状属性却鲜有人知。即使体型像人类一样巨大的物体也具有波状属性，只不过很难进行度量。）

“它是波还是粒子？”在量子领域，这一问题看似简单，却难以回答，答案取决于问题的切入点。

当一束光穿过两条缝时，它是波。而当同一束光射到导电金属板上时，它又成了粒子。在适当条件下，可以通过测量光量子（即光的基本量子）的类波或类粒子反应，验证现实的离奇双重性质。

现实的这种双重性不仅局限于光，而且还可适用于所有的量子粒子：电子、质子、中子，甚至是极大的原子团。事实上，如果能将其定义，粒子或粒子集有多么“类波”就能进行量化。在适当条件下，即使是人类，也会表现出量子波性质。（不过，这种测量需要运气。）

（当众多中高能量光子撞击晶体时会发生上图的情况，即光线穿过色散棱镜，分离成清晰可辨的不同颜色。若光子在离散空间中撞击该棱镜，晶体只能移动离散而有限的空间步长，仅有单个光子可以进行反射或投射。）

关于光是波还是粒子的争论可以追溯到17世纪，当时，物理学史上的两位伟人对该问题的观点截然不同。

一方面，艾萨克·牛顿（Isaac Newton）提出了光的“微粒”学说，在这个理论中，光呈现出粒子属性：沿直线（射线）运动，可进行折射和反射，并像其他物质一样具有动量。牛顿用这种方法预测了很多现象，并解释了多种色光如何构成白光。

另一方面，克里斯蒂安·惠更斯（ChristiaanHuygens）则推崇光的波动理论，他指出干涉和衍射之类的特性本质上都是波状的。惠更斯对波的研究无法解释的一些现象，牛顿的微粒理论可以解释，反之亦然。然而，19世纪初，情况变得更有意思了，新的实验开始真正揭示了光本质上是波状的。

（最初，克里斯蒂安·惠更斯提出了光的波状特性。随后，托马斯·杨（ThomasYoung）的双缝实验突显了相长干涉和相消干涉效应，更好地诠释了这一特性。）

如果让一个装满水的鱼缸产生水波浪，然后装入一个有两条“狭缝”的屏障，让波浪从中穿过，会看到这些波纹相互干扰。有些地方，波纹会叠加，产生比单个波浪更大的涟漪。而有些地方，波纹相互抵消，波纹经过时水面保持平静。这种具有相长（加）和相消（减）干涉交替区域的干涉图样组合是波的特征。

200多年前，托马斯·杨在系列实验中首次发现，光也呈现出上述波状图案。随后几年里，科学家开始发现一些与常识愈发不符的光的波状属性，如单色光照射球体的实验，该实验不仅在球体外部形成了波状图案，而且在阴影中间也形成了一个中央峰。

（实验结果显示了围绕球形物体的激光以及实际光学数据。值得注意的是菲涅尔（Fresnel）证实了一个明亮的中心光点会出现在球体投射的阴影中，这完美验证了光学波动理论的“荒谬”预测。弗朗索瓦·阿拉戈（Francois Arago）进行了最初实验。）

19世纪晚期，麦克斯韦（Maxwell）的电磁理论衍生出一种无电荷的辐射形式：以光速传播的电磁波。最终，光波有了数学基础，它是一种电磁推论，一个自洽理论的必然结果。正是通过思考这些光波，爱因斯坦才得以设计并创立了狭义相对论。光的波动特性是宇宙的基本现实。

但这并非处处通用。因为光在许多重要方面也会以量子粒子的形式表现。

· 其能源量化成的单个包被称为光子,每个光子都包含特定的能量。

· 超过一定能量的光子可以使电子脱离原子；低于这个能量的光子，无论光的强度是多少，都无法脱离。

· 通过任何我们所能设计的实验设备，都能以单个依次的形式产生并发送单个光子。

这些发展和认识综合在一起，可以说是所有“怪异”量子中最令人费解的证明。

文章来源：《量子电子学报》 网址: http://www.lzdzxbzz.cn/zonghexinwen/2022/0210/1443.html

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