关于光的二象性介绍

[拼音]：guang de erxiangxing

[外文]：dualistic nature of light

光同时具有波动性与粒子性的本性。

在人们探索光的本性的过程中，I.牛顿曾假设光由粒子所组成，C.惠更斯则认为光是波动。今天所说的二象性不是这些朴素思想的简单结合。光的波动性指光是电磁波，粒子性则指光的量子性。这两种性质通过光子的能量与动量的公式联系着（见光的量子理论、光的电磁理论），然而又相互矛盾，不能归结为一种属性。于是说二象性是光的本性。

波动性与量子性的矛盾从下面的简单分析即可看出。当认为光是由光子组成时，就无从引入位相概念，因而无法解释光的干涉、光的衍射等波动现象。反之，假如从波动性出发，则必然认为光能是连续分布于空间的。这样光与电子的相互作用就不是量子化的，因而也无从解释光电效应、康普顿效应等。

有一种说法是:光在传播过程中表现出波动性，在与物质相互作用时表现出量子性。这是不确切的。人们可以通过特定的实验分别观察到光的波动性或量子性，但并不意味着此时另一种属性就没有了。事实上，当人们观察光电效应时，光电子的角分布与入射光的偏振方向是有关的。另一方面，当人们在光的干涉实验中把光的强度减弱到每一时刻只有一个光子射入，仍然观察到光的干涉。这就意味着每一个光子是与它自己干涉。波动性是每一个光子的属性。

光的二象性导致人们引进统计解释。当人们观察弱光干涉时，每个光子射到照相底片上形成一个斑点。经过长时间曝光后，许多斑点的分布形成有规则的图像。这就是在光学中所说干涉强度的分布。因此，在考虑二象性以后，干涉强度分布代表光子照相底片上形成斑点的几率分布。单个光子的波动性是通过这种统计规律表现出来的。

人们不能用简单的图像来表示光的二象性。但是可以建立起一套理论同时概括光的电磁理论和光的量子理论。这个理论叫量子电动力学。

见波粒二象性。

参考书目

1. P.A.M.Dirac， Quantum Mechanics，4th ed.，OxfordUniv.Press， New York， 1958.
2. R.W. Ditchburn， Light， 2nd ed.， Blackie & Son， London， 1963.