光可能是我們?nèi)粘Ｖ凶钊菀捉佑|到的現(xiàn)象了，從生下來(lái)睜開(kāi)眼睛起，我們這一輩子就跟光開(kāi)始了不解之緣，當(dāng)然這個(gè)不解還有另一層意思，那就是撥開(kāi)層層迷霧之后仍然還是謎一樣的光，比如光的波粒二象性，光的速度，等等都是科學(xué)史上著名難題，前者導(dǎo)致了量子力學(xué)的誕生，后者則是愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論的催生針！

光是波還是粒子？

曾經(jīng)這是一個(gè)懸案，從經(jīng)典力學(xué)時(shí)代的牛頓和胡克之間的恩恩怨怨開(kāi)始到二十世紀(jì)的哥本哈根詮釋解釋光和電子的波粒二象性結(jié)束，總共經(jīng)歷了將近300多年，在這個(gè)過(guò)程中，精彩紛呈，高潮迭出，令人目不暇接！

• 第一次波粒大戰(zhàn)

第一次波粒戰(zhàn)爭(zhēng)的導(dǎo)火索是波義耳的光顏色理論，因?yàn)轭l率顏色不一樣，所以光的顏色很容易解釋，而波義耳的助手胡克在格里馬第實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)下在1665年出版的《顯微術(shù)》中明確支持光是一種波，1672年牛頓在向皇家學(xué)會(huì)遞交的《關(guān)于光與色的新理論》論文中，提出了光的微粒說(shuō)，胡克和波義耳正是當(dāng)時(shí)評(píng)議會(huì)的成員，他們對(duì)此觀點(diǎn)進(jìn)行了激烈的批評(píng)。

當(dāng)然大家都知道胡克是誰(shuí)，也知道因?yàn)椴▌?dòng)說(shuō)和牛頓結(jié)下了數(shù)十年的梁子，牛頓打壓胡克一直不遺余力，一直到胡克去世！但事情遠(yuǎn)未結(jié)束，牛頓在1704年出版的煌煌巨著《光學(xué)》同樣也讓惠更斯支持波動(dòng)《光論》曇花一現(xiàn)！

• 第二次波粒大戰(zhàn)

托馬斯·楊的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)證明光是一種波，而且在并于1801年和1803發(fā)表了光的干涉效應(yīng)來(lái)解釋牛頓環(huán)和衍射現(xiàn)象，并且計(jì)算出了光的波長(zhǎng)大約在1/36000至1/60000英寸之間。雙縫干涉是物理史上最偉大的實(shí)驗(yàn)之一，直到現(xiàn)在還是每個(gè)中學(xué)生必學(xué)實(shí)驗(yàn)之一。

菲涅爾的《關(guān)于偏振光線的相互作用》的論文更是在泊松亮斑實(shí)驗(yàn)的支持下證明了光是一種橫波，并且傅科的水中光速小于真空中的速度則是第二次波粒大戰(zhàn)中取得勝利的決定性一環(huán)。

到了19世紀(jì)60年代，麥克斯韋通過(guò)他發(fā)現(xiàn)的方程組推算出電磁波的速度和光速一樣，因此麥克斯韋認(rèn)為光也是一種電磁波！

但比較好玩的是十幾年之后赫茲為麥克斯韋證明了電磁波的存在，但卻同時(shí)發(fā)現(xiàn)了一種波動(dòng)難以描述的光電現(xiàn)象，使得光的粒子說(shuō)有一次擺在了大家的眼前。

• 光子和電子，到底是粒子還是一個(gè)波？

愛(ài)因斯坦證明了光電現(xiàn)象是由光子引起的，粒子說(shuō)有一次站到了前臺(tái)，而且和普朗克的黑體輻射公式一起，開(kāi)創(chuàng)了偉大的量子力學(xué)時(shí)代，但這并不是結(jié)束，而是剛剛開(kāi)始而已！

1909年盧瑟福通過(guò)α粒子散射發(fā)現(xiàn)了原子核的存在，因而建立了盧瑟福的原子模型，而他的學(xué)生玻爾則將盧瑟福的原子模型量子化，成功建立半量子化的原子模型，但很可惜這個(gè)模型只能解釋單電子原子！

后來(lái)海森堡的矩陣力學(xué)和薛定諤的波動(dòng)方程分別以粒子和波的模式描述了原子內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)方式，并且輔以伯恩的概率解釋和愛(ài)森堡的不確定性原理，將原子內(nèi)部的第一次以數(shù)學(xué)的方式統(tǒng)一了下來(lái)，但電子到底是粒子還是波，還是沒(méi)有人來(lái)確認(rèn)這個(gè)事實(shí)！最終玻爾以互補(bǔ)原理最終將波和粒子完美統(tǒng)一在一起！

現(xiàn)在我們可以說(shuō)，光和電子，它既是個(gè)粒子也是個(gè)波！

光子是怎么產(chǎn)生的？速度為什么不會(huì)衰減？

光子是怎么產(chǎn)生的？這個(gè)問(wèn)題玻爾在建立他的半量子原子模型時(shí)就已經(jīng)告訴大家了，電子在吸收能量后會(huì)躍遷到更高的能級(jí)，但在那個(gè)能級(jí)電子是不穩(wěn)定的，會(huì)重新跌落到基態(tài)，它將釋放出吸收的能量，這個(gè)能量為：

E=HV

當(dāng)然不只是電子釋放出光子，原子核被激發(fā)也可以釋放出光子，核聚變和核裂變已經(jīng)正反物質(zhì)湮滅都可以釋放出光子，但光子一旦產(chǎn)生它的速度就是30萬(wàn)千米/秒（近似值）。

• 光子為什么一開(kāi)始就那么快？

沒(méi)有靜止質(zhì)量是光子的一大特征，我們可以看看常見(jiàn)粒子的速度來(lái)和光子對(duì)比看看：

1. 低速的太陽(yáng)高能粒子：200-800千米/秒

2. 亞光速的中微子流：低于光速0.0006%

3. 光速的粒子流：伽馬射線，光速

第一種來(lái)自太陽(yáng)的高能粒子，主要是氫核和氦核，它的質(zhì)量是：1.674×10千克，氦核則是它的2-4倍。第二種是高亞光速的中微子，質(zhì)量最大的τ中微子只有電子1/3.33萬(wàn)，大多數(shù)計(jì)算的時(shí)我們可以將電子質(zhì)量直接忽略，但中微子質(zhì)量只有電子的數(shù)萬(wàn)分之一！第三種則是光子，它直接就是光速，沒(méi)有靜止質(zhì)量！

光子沒(méi)有靜止質(zhì)量，因此穿越整個(gè)宇宙時(shí)除非撞上別的粒子，否則它的能量不會(huì)衰減，因?yàn)樗粫?huì)在希格斯場(chǎng)中獲得靜質(zhì)量，這是它保持光速而不衰減的秘密。除非它克服引力場(chǎng)跨越梯度空間，或者被宇宙膨脹拉長(zhǎng)距離的空間穿行。