关于光子的波粒二象性的问题
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发布时间：2022-05-20 07:37
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热心网友
时间：2023-10-13 12:57
光子，和量子物理里描述的所有粒子，都是概率波。
什么是概率波呢？就是一个粒子出现在空间各个点的概率是由波动方程决定的。
就说你拿一个光子做干涉实验吧，我们看最后光屏上出现光子的位置，第一次实验，它出现在左边，第二次实验，它出现在中间，第三次实验，它出现在右边………………每次重复实验，所有的条件都是一样的，却还是得不到相同的结果。你永远都无法预测，下一次你永一个光子做干涉实验，它会到达光屏的哪里。那么好，难道，光子到达光屏的位置，是随机的？
我问你，你用一个光子做干涉实验，结果光子应该落到光屏上的哪个位置？你必然回答不出来。
你知道，物理上，这种重复多次结果不同的实验，被认为是没有可重复性的，不会得到承认。但是量子力学的观点解决了这个问题。
在你做单光子干涉实验之前，你无法知道这个会到达光屏的哪个位置，但是你可以知道光子到达光屏各个位置的概率分布。这个概率分布就是用光波的方程计算出来的。事实上这个概率分布就是干涉条纹。例如，这个光子到达波动计算出的亮条纹位置的概率是90%，达到波动方程计算出的暗条纹的位置的概率是10%，在所有的亮条纹里面，光子到达*亮条纹所在位置的概率最大，等等。。。
好，现在上面的那个问题就回答出来了，我虽然提前不能知道光子会达到光屏的哪个位置，但是我知道光子出现在光屏各个位置的概率是多大，甚至知道光子不到达光屏的概率和穿过光屏的概率是多大，这是由波动方程知道的。用不同频率波长的光子，这个概率分布都不一样。
所以就算对一个光子，波长，偏振等等波动概念也是有效的，因为这决定了这个光子将要走向哪里的概率。
这种粒子在未来所在的确切位置不能推测，但是其未来出现在空间各个位置的概率分布是可以计算并且是由波动方程给出的（粒子-波）的运动形式，叫做概率波。
从量子力学的角度讲，所有的物质均是概率波。物理学常常开的玩笑就是，实际上，你撞墙的时候，有一定的概率穿墙而过，但是这个概率太小了，就算经历n个宇宙寿命的时间也不能发生一次（n超级超级大，到底多大我也没算，要根据墙的厚度和你的质量以及速度，代入波动方程求解这个事件发生的概率。），所以我们说这是不可能的。但是对于微观粒子，这个效应就很明显。例如电子计算机快要到极限了，为什么呢，因为电子会“穿墙而过”，集成电路上相邻的两条微导线间的距离太小，小于20nm的时候，电子穿过它们之间的绝缘层的概率就比较可观了。现在推测集成电路允许的最小间距大概是十几个纳米。在量子理论出现之前，我们认为不管绝缘层多薄，只要不被击穿（就是破坏绝缘层结构导致其导电），电子都不可能穿过它。但是量子力学认为是有一定概率穿过的，并且实验结果和量子预测相吻合。
所以结论，一个光子是具有波动性的，这体现在它将来出现在空间各个点的概率分布上。这种运动形式叫做概率波。所以即使对一个光子，其波动性也是有意义的。
教参书上说那句话是错的，一方面“光就是高速运动的粒子”这句话就是错的，不能仅仅用粒子描述光。而每个光子都有波粒二象性，这个也不确切。因为单个光子的波动性不能成为表象。所谓波粒二象性是二十世纪初物理学家在总结光的表象时发明的名词，并不是用来描述光的本质的。光无法满足经典的粒子描述，也无法满足经典的波的描述。单个光子无法形成波动性表象，并不代表其运动不受到波动原理影响。其运动已经满足概率波了，只是还不足以形成我们可以观察到的表象而已。就像你说的，单个光子无法形成干涉图样。另外，高中或者更低年级用的教参书…大部分只是用来死记硬背的而已，没有多少科学参考价值的。
热心网友
时间：2023-10-13 12:57
另外补充一点，单个光子具有的波动性和经典物理中的波动性是不同的，虽然两者具有相同的数学形式，LZ所说的”对于一个光子来说，它没有波动性“如果加上”经典的“这个定语，就是正确的了。
热心网友
时间：2023-10-13 12:58
补充：你补充的那句教科书上的话是对的的说……
热心网友
时间：2023-10-13 12:58
有些问题研究它就是没有意义的。比如你问一个原子的颜色是什么，就是没有意义的。
