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星期一、三、五它是一个波，星期二、四、六它是一个粒子，星期天物理学家休息。 根据爱因斯坦的光量子假说，光是一种粒子。每一个光量子的能量正比于光波的频率，比例系数是普朗克常数。普朗克常数是一个数值很小的物理常数，这意味着每一个光量子的能量是很小的。举一个例子，我们最熟悉的可见光，波长在400纳米到760纳米之间，取一个中间值600纳米做计算。把波长600纳米转换成频率就是5×10¹⁴赫兹，普朗克常数等于6.626×10⁻³⁴焦·秒，这两个数字相乘大约等于3.3×10⁻¹⁹焦。这个能量刚好落在视觉细胞的能量响应区内，因此，我们的眼睛能够感受到可见光。视觉细胞能够感受可见光是生物长期进化的结果。 相对于宏观物体而言，微观粒子的能量都很小，如果仍然用“焦”做能量的单位，则能量的数值太小了，使用起来不方便。因此，物理学家引入一个辅助单位“电子伏”做能量的单位。当一个电子在静电场中运动时，每通过1伏特电势差，就会获得1电子伏的能量，这个能量等于1.602×10⁻¹⁹焦。按照这个换算关系，可见光的一个光子具有的能量大约为2电子伏。一束光包含了大量光子，而每一个光子的能量是如此之小，以致用常规的方法根本就检测不到单个光子的存在，能量呈连续分布。 我们知道，关于光的本性的问题，历史上曾经有过一段很长时间的争论。惠更斯等人曾经相信，光是一种波，是以太粒子抖动状态的传播。牛顿则认为，光是一种粒子。由于当时牛顿的威望在惠更斯之上，人们普遍相信牛顿的想法，直到托马斯·杨做了光的双缝干涉实验，事情才有了一个比较清晰的结局。双缝干涉实验的结果明确地告诉人们，光是一种波。几十年之后，由于麦克斯韦的电磁理论的创立以及实验验证，光的波动学说获得全面的胜利。然而，作为检验电磁理论实验的一个副产品，光电效应实验却复苏了光是一种粒子这种观念。 那么，光是一种波还是一种粒子呢？新的实验结果是否会令人们舍弃光的波动学说呢？显然，波动学说和粒子学说两种观念都有明确的实验证据。杨氏双缝干涉实验是波动学说的虔诚的布道者，光电效应实验则是粒子学说的坚定的支持者。因此，光具有两种不同的属性，在不同的实验环境和实验条件下，我们必须用不同的属性来解释光的行为，光是波动与粒子这两种属性的统一体。 在经典力学范畴内，波与粒子是两种互不相容的观念。一个粒子只能孤立地定域在空间中特定的位置，而一个波则可以连续地伸展在一片空间中。在新的观念中，这样两种互不相容的属性被统一到一个物理客体中，这是如何做到的呢？或者说光到底是什么？也许正像爱因斯坦在生命的暮年时曾经感叹过的那样，对于光量子是什么这个问题，我们依然没有找到答案。 一种新的物理观念是否能够被人们接纳，重要的不是如何去理解这个观念，或者这个观念有什么实用价值，而是这个观念到底有没有证据。光具有波粒二象性，证据来自极微弱光强下的多时间段曝光照相实验。在进行干涉实验的时候，在显示屏幕的位置放上照相底片，把本来显示在屏幕上的图像用照相的方法拍摄下来。在同一台仪器上以及同样的实验环境中拍摄多张照片，不同的照片曝光时间的长短不一样。结果发现， 如果曝光时间很短，照片上只是随机地分布着若干个光点，这显示出光具有粒子的特性；如果曝光时间比较长，照片上就显示出通常的干涉条纹，这显示出光具有波动的特性。
19世纪末，在围绕光的问题上，物理学遇到了重大的危机。第一个危机是关于光的传播的问题，1905年，爱因斯坦创立的狭义相对论完美地解决了这个问题；第二个危机是关于光的辐射的问题，普朗克和爱因斯坦提出的量子化的观念，为这个问题的解决奠定了基础。随着相对论和量子论的诞生，物理学迎来了一个新的纪元。 |
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