激光笔发的是什么光(光究竟是粒子还是波？)

你看到下方书桌上有一支黄色的铅笔，然后你的眼睛和大脑开始搜集关于这支铅笔的各种信息，它的尺寸、颜色、形状，距离等等，那么我们是怎么做到的？最早是古希腊人从科学角度研究光和视觉的运作机制，包括柏拉图和毕达哥拉斯在内的古希腊哲学家们认为：光从我们的眼睛发射出来，其中微小无形的探测器收集到远处物体的信息从而形成视觉。

图解 : 毕达哥拉斯在萨摩斯岛不堪沉重的压力下，他来到位于大希腊（今日意大利南部）的南方沿岸的克罗顿。

从那以后过了一千多年，阿拉伯科学家阿尔哈曾才发现古希腊人关于光的理论是错误的。阿尔哈曾认为我们的眼睛并不放出无形的信息收集探测器，眼睛只用来收集照射过来的光。阿尔哈曾的理论能够解释一个古希腊人无法解释的现象那就是：为什么有时候眼前会一片黑暗。

图解：可见光谱只占有宽广的电磁波谱的一小部分。

理论的核心在于只有少数物体能主动发光。人们把典型的发光物体如太阳灯泡称作光源。大部分我们看到的东西比如那支桌上的铅笔仅仅反射了来自光源的光，自身并没有发光。因此你看着铅笔时眼睛接收到的光实际上来自太阳光线，跨越了无际的太空才照射到铅笔，随后反射到你的眼睛里。

图解：可见光波长的激光

这么一想一定觉得很酷吧！那么太阳发射的光究竟是什么？我们又是如何看到它的？它是如同原子一样的粒子还是如同水面涟漪一样的波？现代科学家花了数百年时间才找到答案。艾萨克·牛顿是最早发现答案的一位。牛顿认为光由一种类似原子的微小粒子组成，并称之为“微粒”基于这一假设，光的一些属性得到了解释例如，折射当一束光从空气射入水中时它看上去弯曲了不过，即便是天才科学家也免不了会犯错。

图解：牛顿1672年使用的6英寸反射望远镜复制品，为皇家学会所拥有。

牛顿死后过了很久，在19世纪时科学家做了一系列实验，确切地表明光不可能是由类似原子的微小粒子组成的。证据在于，当两束光交叉照射时不会相互影响。如果光的成份是微小的固态粒子，那情况就应该是来自A光束的粒子撞上来自B光束的粒子。如果真是这样，那相互碰撞的粒子将会弹向四面八方，然而事实并非如此。

实际上，光束会穿过彼此——你自己也可以做个实验，有两支激光笔和粉笔灰就行了。另一个证据就是光有干涉现象，干涉现象是一种复杂的波动现象。当两列波的频率相同时，就会发生干涉，如果两样物体同时触碰平静的水面就能看到。

图解：牛顿发现棱镜可以将白光发散为彩色光谱。

干涉现象两个点光源距离很近时也会发生干涉，只有波才有干涉现象，粒子没有。发现光有波的属性之后，自然而然地就能解释颜色是如何产生的，那支铅笔怎么会是黄色的。所以，没错，光就是波可不能这么快下结论到了。20世纪，科学家从实验中发现光有粒子的属性。比如，当你向一块金属照射光线时，光间断性地以一种称为“量子”的形式将能量转移到金属原子中。

但光依然有干涉这样的属性，因此光量子并不全然是牛顿想象地那样微小的固态球体光。有时呈现粒子性有时又呈现波的属性开创了一项革命性的物理理论，成为“量子力学”。经过以上分析，让我们回到问题本身“光是什么？”光并非我们习以为常的普通物质，有时它像粒子有时又像波，用两者任意一方来定义光都不全面。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. TED-Ed- Yinglei Li- Binglei Shea

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