烏文俊

光的使命感，首先是光譜，就像是一個老者，他有著父親一族，母親一族，祖母一族等等交織在一起的“九族”血親關係。但是，光量子雖然能把光的譜系界定為“光粒子”，卻無法識別不同來源的“光量子”，也無法對他們進行恰當的“命名”。既然無法識別他們特有的“光學身份”，也就無法確知他們的“父親是誰，母親是誰”。這樣，再談“光的本質”是沒有什麼道理可言的。歡迎來噴。感謝閱讀。

兆昌416

光的本質，一直爭論了幾個世紀，

在物理學史上留下了非常精彩的篇章。從牛頓的微粒說，惠更斯的波動說，兩派戰鬥了幾百年，中間更有勝負；到了19世紀，菲涅爾，托馬斯楊等驗證了光的干涉，衍射等性質，波動說佔了上風，隨著麥克斯韋的電磁波理論出現，人們理解了光是一種電磁波。

愛因斯坦光量子理論，光的波粒二象性

1905年，愛因斯坦提出了光量子理論，並以此解釋了困擾人們多年的光電效應現象，在光電效應裡，光的粒子性得到了驗證，光是攜帶能量為E=hv的微粒，和金屬中的電子發生作用，把能量全部轉移給電子。 愛因斯坦後來指出，光是波粒二象性，在轉移能量時會表現出來粒子的性質，而在它的傳播過程中體現的是波動性。

愛因斯坦以光量子理論及其對光電效應的解釋，獲得1921年的諾貝爾物理學獎，

對，不是相對論獲獎，因為那時驗證相對論的實驗還沒有完成，而光量子理論已經被多個實驗所證實，最出名的就是密立根光電效應實驗（獲得1923年諾貝爾物理學獎），和康普頓散射實驗（獲得1927年諾貝爾物理學獎）。

如今的各種光電器件，光纖通信，我們能夠上網和各種通信，都是依賴於愛因斯坦的光量子理論貢獻。

光量子的思想卻在繼續發酵，引出了後續量子力學發展

愛因斯坦是量子論的先驅，法國的德布羅意在愛因斯坦的光量子的啟示下，更是驚人的想象力提出一切微觀粒子都是波粒二象性，提出了物質波理論。而薛定諤為了尋找物質波的波函數提出了

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光的本質的問題，其實到現在還有人在做研究。包括早期的粒子說、波動說，到後來的波粒二象行，以及近期在Science上的研究，認為光子「亦波亦粒，非波非粒」，都在不斷的演進。

有的說法看起來很玄，實際上是因為自然語言的缺陷，只能說到這個地步。要準確的理解，則需要學習數學工具。

不過對於光的理解，有一些共識，基本上沒有什麼問題。

比如光是電磁波。

根據麥克斯韋方程組去解波動方程，你會得到一個電磁波的傳播速度。而這個速度恰恰就是光速。

而且這個速度是與參考系無關的。麥克斯韋在建立麥克斯韋方程組的時候，似乎並沒有考慮參考系的問題，但其「與參考系無關的速度」，恰恰引發了相對論「光速不變」的基本假設。

還有就是光具有波的屬性，也具有粒子的屬性。這在數學上看，實際上是因為大部分光的光譜是不純的，不純的光譜會產生局域化的波包。

章彥博

光是一種電磁波，是一種肉眼可以看見的電磁波。其本質是一種處於特定頻段的光子流，由稱為光子的基本粒子組成，具有粒子性與波動性，即具有波粒二象性。

發現光的這種屬性的是19世紀偉大的蘇格蘭物理學家詹姆士·克拉克·麥克斯韋。他從法拉第研究得出電場和磁場可以相互轉換這個發現著手，想用精確的微分方程來表達這個成果和自己的立場，由此，他發現這些電磁場會製造出一種波，他通過計算這種波的速度，正是光速。

於時他提出了偉大的預言：“這一速度與光速如此接近，看來我們有充分的理由相信光本身就是一種電磁干擾。

由此，人類最偉大的發現之一，光的奧秘被揭開了。後來的研究對光的性質和傳播有了更深刻的認識。現在我們認識到，光是依靠光子傳播。

1905年，愛因斯坦指出，光子又叫光量子，是一種規範玻色子，是傳遞電磁相互作用的基本粒子。光子是電磁輻射的載體，在量子場論中光子被認為是電磁相互作用的媒介子。光子的靜止質量為零，在真空中直線運動，光速的國際公認值為 c=299792458米/秒。

所有的粒子或者量子的運動都具有波粒二象性，是微觀粒子的基本屬性之一。這種屬性指的是微觀粒子不僅可以以粒子的術語來描述，也可以用波得術語來描述。光子是一種量子，當然也具有這種屬性。光的這種屬性說明光即可以一個個光子的方式發出，又是以波的形式傳播。

光的性質揭開和確定後，對物理學的發展和人類對宇宙的認識有了十分重大的意義，愛因斯坦的狹義相對論就是以光的性質以及與時空的關係為基礎推導出來的。

光是人類最重要的一種現象，是人類認識世界的最基本媒介，不可想象沒有光這個世界是個什麼樣子。如今人類對光的性質有了深刻的瞭解，成為衡量和認識宇宙的最重要手段。

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時空通訊

光的本質

麥克斯韋方程組推導出，光，是一種電磁波，是電場和磁場在空間中的交替波動，並以光速c=1/(ε0μ0)½在空間中傳播。

光是電磁波，是有大小的，其大小就是半波長½λ。

光，不是粒子，不是一個一個的點。

光，不是同時具有波和粒子的特性，不是波粒二象性。

光電效應，金屬中的電子吸收頻率為ν，大小為½λ的波包的能量，而脫出金屬的束縛。

如果把微觀物質(包括光)當作是一個粒子看待，把它當作一個質點來研究，那麼，就丟掉了最基本而最本質的信息；如果再對它進行歸一化，那麼，就再把量綱也給丟掉了。這樣的結果只能是幾率的，這就是哥本哈根學派的量子力學理論出現錯誤的根源。

請看下錶，光和物質波的對比，這一對比，就建立了一個全新的量子力學理論來。

這個新理論，解釋了現在所有不能解釋的微觀世界的奧秘。

此論文將於《科學》上發表！

袁燦倫

光的本質是什麼，直到今天也沒有一個定論，關於光是粒子還是波的爭論持續了幾個世紀，100多年前，人們證實了光是一種電磁波，今天公認的是光具有“波粒二象性”。

想要知道光的本質是什麼，首先就要認清光的傳播過程，光是一種能量的形態，我們說光沒有靜止質量，這是根據相對論和質能方程式推導而出的，但是光有動質量。光可以從一個物體傳播到另一個物體，而不需要任何的介質。

我們肉眼可見得光，只佔有光的很小的一部分，大部分的光是不可以被肉眼直接看到的，例如紅外線和紫外線等等。實驗證明，光在傳播的過程中主要表現為波動性，而在和物質作用的時候主要表現為粒子性。大量的光子表現為波動性，而少量的光子表現為粒子性，光的波長越長就越是表現為波動性，而波長越短越是表現為粒子性。

1905年，愛因斯坦為解釋光電效應提出了光量子假說，而到了1924年德布羅意在愛因斯坦的啟發下，

一切物質都具有質量和能量，但是我們討論到光的時候，一般都是認為光是能量的一種形式。光的本質是什麼這個問題在過去的幾百年裡難倒了不少的物理學家，最近的100多年，人們才對於光的認識方面有了比較大的進展，光的秘密本質也正在一步步被人們揭開。

鏡像宇宙

以我們認為的“本質”——光是一種電磁波

目前我們認為的光是一種電磁波，一種由變化的電場和磁場相互作用衍生傳播的震盪電磁場，它具有波粒二象性。

這就是我們認為的光的“本質”，也是現在科學研究得出的結果。更深層次的本質，我們仍然和半個世紀以前的愛因斯坦，有著一樣的疑惑。

波粒二象性如何理解？

光的粒子性如何體現？

光是粒子的觀點，近代物理學的祖師爺牛頓就是一個代表。

支持光粒子的令人信服的證據，是來自近代物理學光壓和光電效應的現象的解釋，其中的光電效應後來還使愛因斯坦獲得了諾貝爾物理學獎。

光的波動性又有哪些支持？

光的折射和衍射現象都是光粒子說無法解釋的，後來的楊氏雙縫實驗也都把證據指向光是一種波。

光波動學說的真正確立是麥克斯韋方程的建立，這使人們對光所謂的“波動性”認識的定量描述。

波粒二象性不只是微觀世界才有的

後來隨著量子力學的建立，德布羅意波創造性的見解，提出了“物質波”的概念。

這是將微觀世界和宏觀世界聯繫起來的一項偉大創舉，它使我們對自然有了更加深刻的理解。

“物質波”揭示了宏觀物體也具有波動性的客觀事實，可是我們人為什麼感覺不到自己在波動呢？

h就是普朗克常數，它是一個10^-33次方級別的小小數，下面的m換成千克記50，速度記2m/s。

這樣得出的一個10^-35次方米的波長，就是一個體重50千克，以每秒2米運動的人所謂的“德布羅意波”。

它如此之小，我們是無法察覺的。

擋不住的熵增

光，究竟是像氣流一樣的“真空介質波”，還是像β射線一樣的“粒子物質波”，或者兼而有之的“波粒二象波”？

這個問題，迄今為止依然是一個懸案。有一點可以肯定：把光說成“波粒二象性”是相對論與量子論不能自圓其說的共同瑕疵。

我主張，光是一種真空介質波。以下是我的論證。搞清“場”與“波”的概念是關鍵。

場與場量子的定義。

背景知識：物質之間的作用力，諸如引力、電磁力、核力、分子間力、摩擦力、彈力、張力，不可能是亞原子之間的直接作用，而是通過場介質來傳遞。因此，場的定義與性質，是物理學的重大課題。

場，是亞原子附近的傳播能量的抗衡勢能發散的真空介質。場量子，是以光速自旋的無序震盪的球形漩渦體。

場與場量子的分類。

場密度有高低：高密場、低密場、基態場。場的密度與場的抗衡空間成反比。基態場的密度最低，抗衡空間最大。

場有不同來源：靜電場、靜磁場、電磁場、引力場、重力場、強力場、弱力場、熱力場。其中，重力場=引力場+向心力場。

無序震盪的場量子，是熵值最大、密度最低、溫度最低、真空度最高的基態場量子。基態場量子是所有費米子與玻色子的最終歸宿。

有序震盪的場量子，是承載了特定角動量的玻色子。諸如：承載強力的π±/π0介子、承載弱力的W±/Z0介子、承載電磁力的光子、承載萬有引力的引力子。

波的定義與分類特徵。

波是外力或諧振子激發周圍的大量場量子做徑向有序的依次推湧。波是承載外加角動量的動態場。

波是場介質的受激震盪。所有波都是介質波。介質波有不同的機制。

機械波的發生機制：機械震盪諧振子→輻射角動量→激發場量子變成光子→推湧聲子→推湧光子.....輪番推湧。光子以光速運動，但慢速的聲子震盪決定機械波傳播速度。

電磁波的發生機制：電磁震盪諧振子→激發場量子變成光子→激發相鄰場量子變成光子或......依次激發推湧。

單光子自干涉效應：電磁振盪諧振子→發射一次與光子對應的角動量→激發大量場量子變成引力子→激發相鄰場量子變成引力子→兵分兩路通過兩個狹縫→形成兩個引力子波陣面→兩個波陣面相互疊加共振→形成波峰波谷→最後在底屏留下明暗相間的條紋。

小結並回答本題

光子，既是外加角動量所激發的場量子集團，又是電子湮滅的產物，可設定：光子質量≡電子質量。光子的本質是較高能密的場量子。

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本質上來說，光既是粒子，又是波，即波粒二象性。波粒二象性意味著經典的有關“粒子”與“波”的概念無法直接套用在描述量子範圍內。

對於粒子性的理解，現代物理認為，光是量子化的微粒，每個光子攜帶的能量為E=hv，在光子和金屬中的電子發生作用時，把能量全部轉移給電子，從而導致電子的能級發生躍遷，這就是光電效應。我們日常接觸到的激光器、日光燈等都用到了這個原理。需要注意的是，光子不同於質子、電子等大家熟知的粒子，光子的靜止質量為零，只有在運動的時候才具有質量。

對於波動性，我們不能簡單的認為光波就是單個光子按照波動規律運動，而是指光子的運動規律要用概率波動原理來計算，單獨觀察一個光子可能並不能觀察到波動，但是當光子的數量逐漸增多時，波動性便顯示出來了。光的波動性最直接的證據就是，光可以發生干涉和衍射，這是波才具有的特質。

冷知識

光可以說是所有基本粒子中最具特色，最神奇的一種。沒有光，我們眼中的世界就會漆黑一片，整個宇宙的物質構架都會崩塌。光是什麼，是人類一直追尋的謎題之一。

光的微粒說以及波動說

光最早被牛頓科學系統地研究，他認為光是一種高速運動的微粒。牛頓發現了光等等色散現象，如果用一個稜鏡對光進行分解，我們就可以神奇地得到彩虹!這人牛頓覺得光就像不同的顏色顆粒一樣，混合在一起就是白光，通過稜鏡之後就可以再次分解為不同顏色的微粒，從而呈現出橙紅綠青藍紫等彩虹顏色。牛頓的這種微粒說，還可以很好地解釋光的發射、折射等現象。鑑於牛頓巨大的影響力，幾乎當時所有的科學家們都接受了光的微粒說。

但是，仍有一小部分科學家敢於反抗權威。最著名的就是荷蘭科學家惠更斯，他直接認為光就是一種機械波，通過一種叫做“以太”的空間介質傳播。不過，因為惠更斯人單力薄，他的學說並沒有被廣泛認同。直到200年後，人們發現了光的衍射和干涉現象，光的波動學說才重新被確立，人們開始逐漸拋棄牛頓的微粒說。之後，特別是麥克斯韋建立的電磁波的波動方程，預言了電磁波並計算得出來電磁波的速度就30萬千米每秒，和光速一致。因此他直接指出，光也應該是一種電磁波。之後的赫茲通過實驗證實了電磁波的存在並切實得到了電磁波的傳播速度，更加證實了光就是一種電磁波。

光的波粒二象性

自赫茲之後，光的波動學說基本成為人人人皆知的真理。不過，到了愛因斯坦的年代，人們在利用光的波動學說解釋光電現象時遇到了麻煩。光電現象完全無法用光的波動學說解釋!於是，極具批判精神和顛覆性思維的愛因斯坦直接提出，光是一種頻率為v、能量是hv的粒子。自此，光的波粒二象性呼之欲出。而隨後的雙縫干涉實驗，更是坐實了光的波粒二象性。

特別是隨後的德布羅意首次啟發，他更是大膽地指出，任何粒子都具有波粒二象性。它們的波長是：

比如運動的電子，它即使實物粒子，也是一個物質波（德布羅意波）。當然，後續的實驗也確實證明了電子的波粒二象性。

光到底是什麼呢？

波粒二象性使很多人感到困惑，光怎麼能夠即使波又是粒子呢？這不是和薛定諤的貓一樣：既生又死嗎？光子可以根據外部環境的需要，選擇是成為粒子或者波，這點在雙縫干涉實驗中表現的淋漓盡致。那麼，有沒有一種可能，光子就是一種我們未知的狀態，比如是超弦理論中的一段一維能量弦，光子在不同的外部環境中，振動的類型不一樣，表現的形式也不一樣呢？

這樣，光的本質就是一股限制在一定空間範圍內的能量而已。這是這種能量被空間完全限制，不能夠隨意相互融合。

關鍵字: 本質 激光 太陽光