作业帮光子的行进轨迹光子到底是直线传播,还是波动传播?光可以同时具备两种传播方式?直线传播理论可以在精密仪器中运用,为何还说它波动?
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/05/03 03:27:04
光子的行进轨迹光子到底是直线传播,还是波动传播?光可以同时具备两种传播方式?直线传播理论可以在精密仪器中运用,为何还说它波动?
光子的行进轨迹
光子到底是直线传播,还是波动传播?光可以同时具备两种传播方式?直线传播理论可以在精密仪器中运用,为何还说它波动?
光子的行进轨迹光子到底是直线传播,还是波动传播?光可以同时具备两种传播方式?直线传播理论可以在精密仪器中运用,为何还说它波动?
先引用爱因斯坦在他七十多岁时说的一段话：“……我自觉思考‘光子是什么’的问题将近五十年了,可至今仍不明白它；如果有谁跟你说他明白了,你不要相信他……”你看看,连有史以来最伟大的物理学家都不明白的问题,可见其难度了.
以量子力学的观点看,你的问题——光子到底是直线传播,还是波动传播?——意义是不大的,同时也说明你仍在使用我们在宏观世界以及经典物理中常用的关于粒子的大小、体积、形状等的概念,否则就不会有“直线传播”、“波动传播”的说法.我们仍会时常不自觉地在微观世界里使用这些概念,但你一定要认识到这些概念在量子力学里几乎是没有意义的,时而提到也不过是为了叙述方便.要尽量以全新的观念来思考问题：一个要点就是,量子力学中微粒的位置成为概率性的,粒子的体积则因此变得模糊到没有什么意义的地步.因为位置都难以确定,由无数个位置确定的“粒子的边界”自然更是难以确定.有时粒子的大小就用它的德布罗意波长来表示,有时又把基本粒子（比如电子和夸克）看作无体积的点粒子.这种“随意性”也说明了体积概念在微观世界的无意义.
一团不断变换着形状和大小的云雾的运动轨迹是没有多少意义的,光子的情况与此类似,且有过之而无不及.结合了狭义相对论与量子力学的量子场论明确指出光子在一个波长的范围内是完全无法确定其所在的,在此范围内说它沿直线或沿波浪线运动都毫无意义.在范围远大于一个波长的大范围里,通常是将光子近似认为是沿直线运动的,而这与几何光学是一致的.
关于精密仪器,涉及尺度比较大的许多方面,用几何光学（此时光子被看作是沿直线运动）就能得出精确的结果,但在另一些涉及一个波长的小范围的方面上,就不能再用几何光学,而必须用波动光学（这时的光子的运动轨迹是没有什么意义的概念）来处理.比如与望远镜或显微镜的分辨率有关的问题中的核心——艾里斑,就是波动光学中的单孔衍射的结果.
波动的意思不是光子沿波浪线的轨迹运动,而是说有个像海面波动那样的空间周期性分布,多个这种分布的相互叠加会影响到光子的运动倾向以及最终分布.至于影响的细节,确实无人知晓,而且量子力学认为这个影响细节是个无意义的形而上学的问题,根本就不必去考虑它.大多数科学家都同意量子力学的观点,他们满足于只知最终的叠加的结果,而不管其叠加的细节.另一些人（包括爱因斯坦）不满意不去了解那些他想知道的细节,但已奋斗了将近一个世纪至今仍无结果.似乎宇宙就是有某些奥秘人类永远也别想知道……