http://wapedia.mobi/zhsimp/%E5%85%89%E5%AD%90?t=2. 微观世界，静止质量很少，动质量多，连锁反映，光速，普常数，波长和频率变化 光速是常数，普常数，单位时间（常数）以内：波长和频率变化，导至动量和能量变化，反过来又导致位置变化，测不准 光子与量子力学 2. 1. 波粒二象性和不确定性原理 参见：波粒二象性、压缩相干态及不确定性原理 光子和其他量子一样，同时具有波和粒子的双重性质，这种波粒二象性很难直观地说明。在其波长的尺度上，光表现出干涉、衍射等波的现象；例如一个单个光子在进行双缝实验时打到屏上的概率分布与很多个光子（即通常状态下的电磁辐射）集体通过双缝时形成的干涉条纹相同，这种干涉条纹的分布可由麦克斯韦方程组决定[40]。然而，实验证实单个光子并不等同于一个短暂的电磁脉冲，在传播过程中光子不会扩散，穿过光学分束器时也不会分成两个；光子也不是一种传统的粒子，单个光子在双缝实验中的概率分布似乎说明当它穿过双缝之一时“知道”另一条的存在。光子看上去像是一种无尺寸的粒子，原因是它能够被那些尺寸远小于其波长的粒子，例如原子核（10-15米）和同样无尺寸的电子，整体地吸收或发射。根据我们当前对光子的理解，光子是产生电磁场的原因，而光子本身的存在是局域的规范对称性和量子场论定律的结果。 海森堡的假想实验：通过一个高分辨率的伽玛射线显微镜来确定一个电子位置（用蓝色表示）。入射的伽玛射线（用绿色表示）被电子散射到显微镜的孔径角θ内，被散射的伽玛射线用红色表示。经典光学告诉我们电子的位置不确定度不可能小于由孔径角和光波波长确定的一个值。 海森堡的不确定性原理，作为量子力学中的一条重要基本法则，指出一个粒子同方向的位置和动量不可能在同一时刻被确定。值得注意的是，对于带有电荷的物质粒子，不确定性原理本身即要求将光量子化为光子，这里需要用到光子的动量和能量与频率的相关性。关于这一点的解说有一个很漂亮的示例[41]，这是海森堡的一个假想实验，讨论的是用一个理想的伽玛射线显微镜去确定一个电子的位置的情形。假设电子的位置确定在显微镜的分辨本领可达的范围之内，这用经典光学表示为 这里θ是显微镜的孔径角。由此得到的位置不确定度可以随着用来观测电子的光波长λ 的减小而变得尽可能小；然而此时由于波长λ的减小，用来观测电子的光子动量增大，这使得光子在电子上发生散射造成电子的动量变得越来越不确定。如果光不是量子化的，则电子的动量不确定度则可以通过减小光强来逐渐降低。这种情况是不可能发生的因为同时调节波长和光强就相当于能够同时确定位置和动量，这违反了不确定性原理。与之相反的是，爱因斯坦的光量子理论是符合不确定性原理的：当光子被散射到孔径角内，传递的动量不确定度为 这就得到了海森堡不确定性原理，这意味着整个世界都是量子化的，包括物质和场都遵循量子定律。 对于光子类似的一条不确定性原理是说无法同时测量一束电磁波中光子的数量n（参见福柯态（Fock State）和下文的二次量子化）和这束电磁波的相位φ，两者不确定度的关系为 详细内容可参考相干态和压缩相干态。 光子的波动性是指经典的电磁波呢，还是量子力学的几率波呢？ 光子和像电子那样的物质粒子都能够在双缝实验中形成类似的干涉条纹。在数学上，干涉条纹分布的计算既可以用经典波动干涉的方法，也能够完全从量子力学波函数的方法推导出[42]。由于单个光子穿过双缝时也会发生干涉，这种干涉很容易让人理解为光子的波函数的几率波干涉；因为这种干涉完全无法用经典电磁理论解释，几率波的概念似乎更接近光子波动性的本质。不过一般教材在讨论光子的波动性时只使用经典电磁理论，而物质粒子的波动性只使用波动力学，这涉及到在物理学界光子的波函数本身仍然是一个有争议的概念。经典波动来自麦克斯韦方程组，而波函数来自薛定谔方程，但大多数物理学家都不认为这意味着对于光子而言麦克斯韦方程是薛定谔方程的简化形式[43][44]，原因是通常意义下的薛定谔的几率波函数概念无法应用到光子上[45]，光子的波函数无法拥有非相对论波动力学中薛定谔方程的所有性质。光子没有质量，无法定域化一个光子，这造成光子没有一个定义完备的位置本征态，不确定性原理的一般形式 对于光子而言没有定义。尽管现在有一些建立光子波函数的尝试[46][47][48][49] ，这些都没有得到广泛认可和应用，甚至有一些物理学家认为光子的波函数根本不存在。现在被普遍接受的观点是光子的二次量子化理论，即在量子电动力学中，光子是量子化的电磁场激发模式。
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