1　百年戰(zhàn)爭

20世紀(jì)初，物理學(xué)家開始重點(diǎn)糾結(jié)一個(gè)其實(shí)已經(jīng)糾結(jié)了上百年的問題：

光，到底是波還是粒子？

所謂粒子，可以想象成一顆光滑的小球球。每個(gè)粒子有確定的位置和速度，運(yùn)動(dòng)時(shí)直線前進(jìn)，相撞時(shí)會(huì)按一定角度反彈。每當(dāng)你打開手電，無數(shù)光子就像出膛的炮彈一樣，筆直地射向遠(yuǎn)方。

很多著名科學(xué)家（牛頓、愛因斯坦、普朗克、康普頓）做了很多權(quán)威的實(shí)驗(yàn)^[1]，確鑿無疑地證明了光是一種粒子。

比如，就拿讓愛因斯坦得諾獎(jiǎng)^[2]的經(jīng)典光學(xué)實(shí)驗(yàn)“光電效應(yīng)”來說吧。人們發(fā)現(xiàn)，光照到一塊金屬上，金屬的表面居然會(huì)產(chǎn)生電流；而且更詭異的是，這種現(xiàn)象對光的強(qiáng)度完全無感，只與光的頻率^[3]有關(guān)。如果頻率不夠，無論用多強(qiáng)的光照射金屬板，光電效應(yīng)都不會(huì)發(fā)生；反過來，只要光頻率剛剛越過一個(gè)門檻值，再微弱的光線都可以觸發(fā)光電效應(yīng)，只不過產(chǎn)生的電流比較小而已。

今天看來，這是一個(gè)非常簡單的實(shí)驗(yàn)，簡單到被寫進(jìn)高中物理教科書，成為高考物理卷的必考知識點(diǎn)，當(dāng)年卻讓眾多科學(xué)大佬一籌莫展。電子吸收了光能，掙脫原子核的電磁力束縛跑了出來，從而形成了電流——這部分很容易理解；但是，你怎么解釋“頻率門檻”^[4]的事情？按理說，更強(qiáng)的光可以給電子提供更多能量，延長光照時(shí)間應(yīng)該也可以攢下足夠的能量形成電流，可這兩種預(yù)想中的場景在現(xiàn)實(shí)中偏偏從未發(fā)生。

如果把光看作一種波，一種連綿不絕、可以無限細(xì)分的能量，那么這個(gè)問題恐怕永遠(yuǎn)無解。第一個(gè)想通的還是當(dāng)之無愧的愛因斯坦大神：每個(gè)電子只能吸收1個(gè)光子的能量，一旦這個(gè)光子的能量（和頻率成正比）足夠逃脫原子核的囚籠，電子就能“越獄”成功，否則只能把這份能量物歸原主。更多的光子（光強(qiáng)）和更長的照射時(shí)間對單個(gè)電子而言毫無意義，因?yàn)樗⒉荒軘€下兩個(gè)光子！

既然光都能分成一個(gè)兩個(gè)的光子，那它自然只能是粒子了——這種“異端邪說”立刻引爆了學(xué)術(shù)界，因?yàn)樵诠怆娦?yīng)之前，已經(jīng)有很多比當(dāng)年26歲的愛因斯坦更著名的科學(xué)家（惠更斯、托馬斯·楊、麥克斯韋、赫茲）做了很多更權(quán)威的實(shí)驗(yàn)，確鑿無疑地證明了光是一種波，電磁波。

所謂波，就像往河里扔塊石頭，產(chǎn)生的水波紋一樣。如果把光看作一種波，可以完美解釋干涉、衍射、偏振等經(jīng)典光學(xué)現(xiàn)象。

既然有的專家認(rèn)為光是粒子，也有的堅(jiān)信光是波，那么我們可以輕松得出結(jié)論：光既是波又是粒子。好的，本集內(nèi)容到此結(jié)束，感謝您的閱讀，我們下集再見……

——等等！和稀泥我不反對，可問題是，波和粒子在所有方面都截然不同啊！

比如：

粒子可分成一個(gè)一個(gè)的最小單位，單個(gè)粒子不可再分，而波是連續(xù)的能量分布，無所謂“一個(gè)波”或者“兩個(gè)波”﹔

粒子是直線前進(jìn)的，波卻能同時(shí)向四面八方發(fā)射；

粒子可以靜止在一個(gè)固定的位置上，波必須動(dòng)態(tài)地在整個(gè)空間傳播。

波與粒之間，存在著不可調(diào)和的矛盾。當(dāng)兩道漣漪的波峰和波谷相遇時(shí)，一正一負(fù)正好抵消，波紋交叉點(diǎn)的水面在一剎那間恢復(fù)了短暫的平靜——這種現(xiàn)象水波有，聲波有，光波也有，但一堆臺球卻絕對模仿不來。“既波又粒”這種說法，就好像在說一個(gè)東西“既方又圓”“既左又右”“既黑又白”一樣，在科學(xué)家邏輯分明的世界里根本沒法成立。

于是自古以來，塞博坦星^[5]上的科學(xué)家就分成兩派：波派和粒派，兩派之間勢均力敵的百年戰(zhàn)爭從未分出勝負(fù)。

很多人問我：科學(xué)家為什么要為這種事情勢不兩立？大家擱置爭議、共同研究不就得了？

為了一個(gè)字^[6]：信仰。

注釋：

[1]這里所說的“實(shí)驗(yàn)”不僅指物理實(shí)驗(yàn)本身，還包括相應(yīng)的理論研究。

[2]阿爾伯特·愛因斯坦獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)是因?yàn)橛霉饬孔永碚摻忉屃斯怆娦?yīng)，不是因?yàn)橄鄬φ摗辽俟俜秸f法如此。

[3]頻率與波長成反比，不同頻率的可見光會(huì)被視網(wǎng)膜識別為各種顏色，所以你也可以把光的頻率理解為光的顏色。例如，藍(lán)光的頻率比紅光高。

[4]術(shù)語叫作“極限頻率”。

[5]賽博坦星；《變形金剛》劇情設(shè)定中變形金剛一缺的母星。

[6]必須一個(gè)字，不是兩個(gè)字，因?yàn)樾叛鲋荒苡幸粋€(gè)！