光既是一種粒子，又是一種波。光同時具備粒子與電磁波的屬性，但又不具備其中某一種的全部性質。它由波浪狀傳播的光子組成。

物理學界的偉人們已就光之性質進行了幾個世代的激烈争論，争論的焦點在于：光到底是一種粒子還是一種電磁波。幾個世紀以來，這種神秘且難以捉摸的現象一直困擾着科學家，因為在每次定義其性質的實驗中，它似乎都在改變自己的行為方式。

簡單來說，光是自然界的反常現象之一，它被認為既是一種波浪又是一種粒子。這種變異性也是量子力學的基本理論之一。下面讓我們來看看人們是如何得出這一重要結論的。

光是一種粒子

“光是一種粒子”這一觀念最早由艾薩克·牛頓提出，但它在19世紀之前并未被廣泛接受，直到被阿爾伯特·愛因斯坦重申。愛因斯坦認為隻有當光是由粒子組成時，光的反射和折射性質才能得到解釋。

波并不會沿直線傳播，也無法展示出牛頓和愛因斯坦所提及的性質。然而，如果這是對的，那麼光為何會被否認是一種粒子呢？部分原因是，它沒能具備粒子定義上的所有屬性。粒子是一種微小的碎片或一定數量的具有特定性質（比如質量和體積）的物質。最小單位的光被認為是一種光子，而光子根本就沒有質量。此外，處于牛頓時代之後、愛因斯坦時代之前的其他研究者的實驗結果表明光具有類似波的性質，因此這些研究者認為光是能量而非物質。

不，光是一種電磁波

包括菲涅耳、楊和麥克斯韋在内的一些科學家對光類似波的屬性進行了研究。波是無須物質轉換就能實現的從一點到另一點的能量轉換。楊進行了單縫衍射實驗，該實驗對确立光類似于波的性質（比如幹涉與衍射）具有重要作用。他讓光束穿過狹縫，并觀察光在狹縫屏幕後的另一屏幕上所形成的圖像。

如果牛頓提出的光的微粒理論是正确的，那麼屏幕上應當是與狹縫形狀、大小相同的光的圖案。然而實際上，屏幕上的光是更加漫射或衍射的，這意味着光具有幹涉性，而這正是能量波所顯示出來的。“幹涉”是一種現象，即兩種波（它們被認為是線性系統）對彼此的強度具有增減作用，從而使合成波的振幅更大或更小。

愛因斯坦與光電效應

愛因斯坦觀察到，當光接觸到金屬時，電子會從金屬表面飛出——如果光僅僅隻是一種波的話，那麼這種現象是非常罕見的。該光電效應的奇特之處在于，飛出金屬表面的電子的能量并未随着光的強弱而改變（如果光是一種波，則強光會導緻光電子伴随着更大的能量飛出）。

圖解：波粒二象性示意圖說明，從不同角度觀察同樣一件物體，可以看到兩種迥然不同的圖樣。

于是愛因斯坦提出，光實際上由微小的能量包組成，這些能量包以波狀方式傳播。他設想的粒子是一個光子，他推測：當物質中的電子與光子相碰撞，前者會吸收後者的能量并飛出。他繼續指出，進行撞擊的光子的振蕩頻率越高，飛出的電子能量越大。雙縫實驗可以很好地說明這一事實。

圖解：托馬斯·楊做雙縫實驗得到的幹涉圖樣。

雙縫實驗所使用的方法與單縫試驗相同，唯一的改動是原本隻有一條縫的屏幕現在有兩條平行的狹縫，光的行為将再次于雙縫闆後的屏幕上被觀察。光類似于波的性質導緻光波在經過雙縫時産生幹涉現象，并在屏幕上形成明暗不同的光帶——如果光僅由傳統粒子組成，這一實驗結果則不太可能産生。然而，光線總是在屏幕上的離散點處被吸收，這意味着它們是單個的粒子而不是波。後來，被安裝于狹縫中的探測器觀測到，每個光子都隻通過某一個狹縫，而這又是一種粒子行為，而不是波的行為。

換言之，光可能有多重性質，但至少現在我們可以停止對光之性質的争論了。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. sciabc- Babylolin- Rujuta Pradhan

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