羅洪先(1504～1564)

[拼音]：guang de erxiangxing

[外文]：dualistic nature of light

光同時具有波動性與粒子性的本性。

在人們探索光的本性的過程中，I.牛頓曾假設光由粒子所組成，C.惠更斯則認為光是波動。今天所說的二象性不是這些樸素思想的簡單結合。光的波動性指光是電磁波，粒子性則指光的量子性。這兩種性質通過光子的能量與動量的公式聯絡著（見光的量子理論、光的電磁理論），然而又相互矛盾，不能歸結為一種屬性。於是說二象性是光的本性。

波動性與量子性的矛盾從下面的簡單分析即可看出。當認為光是由光子組成時，就無從引入位相概念，因而無法解釋光的干涉、光的衍射等波動現象。反之，假如從波動性出發，則必然認為光能是連續分佈於空間的。這樣光與電子的相互作用就不是量子化的，因而也無從解釋光電效應、康普頓效應等。

有一種說法是:光在傳播過程中表現出波動性，在與物質相互作用時表現出量子性。這是不確切的。人們可以通過特定的實驗分別觀察到光的波動性或量子性，但並不意味著此時另一種屬性就沒有了。事實上，當人們觀察光電效應時，光電子的角分佈與入射光的偏振方向是有關的。另一方面，當人們在光的干涉實驗中把光的強度減弱到每一時刻只有一個光子射入，仍然觀察到光的干涉。這就意味著每一個光子是與它自己干涉。波動性是每一個光子的屬性。

光的二象性導致人們引進統計解釋。當人們觀察弱光干涉時，每個光子射到照相底片上形成一個斑點。經過長時間曝光後，許多斑點的分佈形成有規則的影象。這就是在光學中所說干涉強度的分佈。因此，在考慮二象性以後，干涉強度分佈代表光子照相底片上形成斑點的機率分佈。單個光子的波動性是通過這種統計規律表現出來的。

人們不能用簡單的影象來表示光的二象性。但是可以建立起一套理論同時概括光的電磁理論和光的量子理論。這個理論叫量子電動力學。

見波粒二象性。

參考書目

P.A.M.Dirac， Quantum Mechanics，4th ed.，OxfordUniv.Press， New York， 1958.

R.W. Ditchburn， Light， 2nd ed.， Blackie & Son， London， 1963.