怎样证明光既是粒子又是波？ 第1页

并不是如同大家想的那么简单。

光是粒子还是波，还是既是粒子又是波？

我们换一种说法说这个事情：

光电效应的探测只是探测到了光的“粒子性”（particlelike）。

衍射和干涉也只是探测到了光的“波动性”(wavelike)。

当然，你现在可以得出一个正确但不完善的小结论：

光在有的实验中可能表现出粒子性，有的实验中表现出波动性，光的粒子性和波动性是依赖实验设备的(apparatus-dependence).

而我们证明的要证明的可是光既是粒子又是波！i.e.光在同一实验中既可以表现出波动性又可以表现出粒子性！

再换句话说，有没有直接测量能够说明光可以从“粒子性”过渡到“波动性”？

有的。

See: Entanglement-Enabled Delayed-Choice Experiment,Science,F.Kaise,etc.

那我们还是讨论一下呗= =

首先看到一个实验，叫做Wheeler's gedanken experiment，这是一个大学物理水平的实验. 它是这个样子的:

光从左下角进去，通过一个BS1(光学分束器1)分束成两个，然后一束通过一个相位板从a出出射，一束从b处出射.

当在a,b光交汇处放置另一个BS2，随着相位板角度 的变化，光源发出单光子时，两个探测器输出如子图B所示，这等价于一个单光子自干涉实验.表现了光的波动性.

当移除BS2之后，两个探测器显然都会有一半的概率接受到一个光子，如子图C所示，此时是光子的粒子性.

那么我们怎么把光的波动性和粒子性叠加起来呢？我们只要让BS2处于“在”与“不在”的叠加态，或者让他的功能状态收到量子态的调控即可。于是我们考虑构造一个QBS(量子光学分束器),控制这个分束器的东西是偏振的空间取向（量子的）.

这个图的右边的绿框就是一个量子BS，而为了控制偏振取向，光源也换成了纠缠光子源，发出两个纠缠光子，左边的光子是辅助光子（控制光子），右边的光子是实验光子，而受控的是量子BS。

那么现在就可以通过一个EOM(光电相位调制器)来调整“控制光子”的取向角度 ，而由于两个光子是纠缠在一起的，由于纠缠效应，就能等效的控制另一个光子的取向。

而由于PDBS是一个对光子取向依赖的设备，进而整个量子BS都受到了EOM的调控，在合适的 角度，此时QBS的工作状态是处于“起作用”和“不起作用”的叠加态之中的。基于我们对Wheeler实验的理解，粒子性还是波动性是对实验设备性质依赖的，现在实验设备处在叠加态之中了，波、粒性也就叠加起来了。

上图是实验结果:

当 等于0的时候，QBS以概率1处于不工作状态,这个实验探测的是完全的粒子性.

当 等于 时候,QBS以概率1处于工作状态，这个实验探测的是完全的波动性.

至于QBS怎么构造，看图1，是一个PDBS和两个PBS结合，PDBS是：

所有的图片全部来自原文章:

http://science.sciencemag.org/content/338/6107/637,

我一个公式也没用！！！！

看这类Science文章真的可以让人脑洞打开，赏心悦目。

此外，任何光就是光，既不是经典的粒子也不是经典的波的回答都是= =。。。

因为没有可操作性和实验观测价值的定义或描述，都不是一个学习物理的好同志应该说出来的话。