实际上，恰恰应该说后面这句话而不是前面的。
我展开说一下，很多答主都已经指出，光是一种全新的量子对象，既不是经典力学中熟悉的波也不是例子，只是它在性质上与经典波和经典粒子有相似之处，于是历史上人们提出了“波粒二象性”这个概念，这个名字更多地强调了和经典对象的相似性，这在科学传播中带来了诸多误解。
具体来说，光子是电磁场的量子理论——量子电动力学 QED 的结果（虽然历史上光子的提出先于电磁场量子化，但我们不是在讨论科学史）， QED 的计算告诉我们（只考虑电磁场本身）：
- 对任一给定波矢（模式），电磁场的能谱是像量子谐振子那样离散的，当电磁场具有确定的能量时，其中包含着确定数目的光子， H|n_\vec{k}\rangle=\hbar\omega_\vec{k}(n_\vec{k}+\frac{1}{2})|n_\vec{k}\rangle 。（不过在自由空间中这种光子描述不太恰当，但在光腔中就很好了）
- 当电磁场中包含确定数目的光子时，我们完全不能确定电场强度和磁场强度。我们只知道它们的期望值为零， \langle n_\vec{k}|\vec{E}|n_\vec{k}\rangle=\langle n_\vec{k}|\vec{B}|n_\vec{k}\rangle=0 （这是因为它们只包含产生湮灭算符的一次项），它们的不确定性为 \Delta\vec{E}=\sqrt{\langle n_\vec{k}|\vec{E}^2|n_\vec{k}\rangle}\propto\sqrt{2n_\vec{k}+1} （平方的期望值 \ne 期望值的平方），这可以通过电磁场能量密度正比于 \vec{E}^2+c^2\vec{B}^2 简单得到。
- 反过来，当我们非常确定电场强度和磁场强度时，我们完全不能确定其中包含了多少光子。我们称最接近经典电磁场的状态为相干态，它是各种不同光子数目的状态的复杂叠加，此时，量子的电磁场几乎就像经典的电磁场一样，场强期望值满足麦克斯韦方程组，不确定性很小。
编辑于 2024-01-21 14:15・IP 属地黑龙江