光与经典电磁波的不同

杨忆鸿

一、光与经典电磁波的不同

麦克斯韦发现振荡电路产生电磁波，这是交变电磁场在以光速传播的横波，也称经典电磁波。由于光与电磁波具有同样的光速速度，他预言光也是一种电磁波。教科书中据此把光与无线电波等普通电磁波混为一谈，只是认为仅仅频率、波长不同。长期以来都深信不疑。

这是经典电磁波的示意图

随着波粒二象性的发现，及对光子的深层次认识，人们对普通电磁波也产生了困惑，对波粒二象性产生了误解。终于有人开始对光也是经典电磁波的结论产生了怀疑。从手机电磁波到微波炉的电磁波，令许多人困惑不已。

无线电波称为经典电磁波，是交变电磁场的简单传播，振动方向与传播方向垂直，是一种横波，以光速传播。

光子是一种基本粒子，也是光量子、能量子，明显与无线电波本质的不同。普通电磁波虽也以光速传播，但不具备光子的复杂特征。

如果光当作经典电磁波，就无法理解二象性与光的本质，陷入无法理解的困境。德布罗意强调，这是一种几率波，不是经典电磁波。光应是一种广义的电磁波。

有了这样的新认识，就可排除了对光及波粒二象性的误解。

 

经典电磁波的传播示意图

 

二、粒子波实是几率波

德布罗意根据光的波粒二象性，认为具有速度的粒子同样都具有波动性，由于量子的不确定性，认为这是一种几率波、概率波，某点出现粒子的可能性受波动规律的支配。并强调这不同于机械波、电磁波。所以粒子波又称物质波、德布罗意波、概率波，光子也是这样的几率波。他显然把光与普通电磁波区别开来。

现在我们可以理解，光子与电子等基本粒子完全一样，首先是一种粒子，由于属于量子不确定性，是一种因速度以几率出现形成的波动性，速度为ⅴ的几率波长λ=h/mⅴ。二象性之间并不矛盾冲突，这就是波粒二象性。先是粒子，有速度再是几率波，很好理解，认识上有了新的发展。用一句话表达波粒二象性就是“运动的粒子形成几率波”。

   

运动的粒子形成几率波

三、波粒二象性的条件

    具备波粒二象性的前提条件，必须首先是粒子，再有速度就会形成几率波。若称“粒波二象性” 似乎更恰当。反之，如果是波，就不一定具有粒子性了。德布罗意明确指出，几率波不是电磁波。这就从粒子波中排除了普通电磁波。

    无线电波等经典电磁波仅仅是交变电磁场的简单传播，它显然不是几率波，所以，不属粒子波，不具波粒二象性。如果对此概念不清，就会误解波粒二象性的真正含义，只会让自已困惑。

    光由不连续的光子组成，而光子是一种基本粒子，就是科学界的主流观点。光是一种几率波，是一种特殊的广义电磁波。光具备波粒二象性早已得到验证。

 这是科学家用特殊技术拍摄的光波图

四、光的认识

光是不连续的光子组成。光子首先是一种基本粒子，是能量的基本单位，它具有量子的不确定性，具有以光子几率出现的波动性。光子是电子能级跃迁产生的能量子。所以，光子又称光量子、能量子。质量为m的光子具有的能量E=mc^2，这正是质能等价方程，即质量m的物质湮灭产生了等质量的光子。

 

光波波谱