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  • 1 # 使用者7142579644361

    經典物理中,麥克斯韋把光看成是一種電磁波,沒有任何粒子的特性;而對於實物粒子(如電子、中子、質子等),則被純粹地認為是一種粒子,用於構成更復雜的物質結構,進而構成宏觀實體,沒有任何波的特性。

    後來,人們發現黑體輻射、光電效應等,無法完全利用光的波動性加以解釋,於是愛因斯坦提出光量子假設。物理學家開始把光看成是一些光子的集合,同時具有波動性,量子力學由此誕生。之後,那些實物粒子也被雙縫干涉實驗發現具有波動性,具有同光量子相同的性質。於是,物理學把這個光與實物的都具有普適特性稱為「波粒二象性」,光與實物由此統一起來。

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    下面回到題主的問題。

    光的本質就是可見光頻率的光子流,在真空中以光速傳播,與其他微觀粒子一樣具有波粒二象性。從這個意義上講,光是一種機率波。當光的粒子數密度極高,且探測儀器分辨本領遠低於一個光子的能量時,則可以看做是經典電磁波,其傳播遵循 Maxwell 方程組。量子光學由此退化為波動光學。

    光子是一種基本粒子,是傳遞電磁相互作用的玻色子。(如圖)

    發光的種類有很多。比如說:原子、分子由高能級躍遷至低能級往往會向外發射光子;熱輻射本質也是電磁輻射,一切不是絕對零度的物質都會向外熱輻射;螢火蟲透過化學反應發射光子。

    根據量子場論,光子是電磁場量子化之後的直接結果。光的粒子性揭示了電磁場作為一種物質,是與分子、原子一樣,是由更基本的結構組成的。而在經典的電動力學理論中,是沒有「光子」的概念的。

    關於 Maxwell 經典電磁場理論如何與光子學說統一起來,可以參考下面兩個問題:

    如何從量子光學出發,給出波動光學中經典電磁波的電、磁場分量,以及光強等概念的量子對應?

    2. 電磁波是由無窮多個光子構成的嗎?

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