5.1　光与电磁波：剪不断理还乱

人们早已认识到，电磁波与光就是同一事物的两种不同叫法，当然这儿的光指的是广义的光，并不是指可见光。人们把光分为很多波段（见图5-1），比如波长400～700nm的光是可见光，也就是人类肉眼能识别的电磁波；波长0.01～10nm的光是X射线，等等。

图5-1　电磁波谱图，不同频率的电磁波对应着不同能量的光子

电磁波的波长λ和频率ν的乘积是光速c，即

νλ=c

也就是说，光的频率越高，波长就越短；频率越低，波长就越长。

电磁波的所有波段都是靠E=hν的光子来携带能量的，只不过不同波段ν不同，光子的能量也不同而已。光子就是分立的电磁波载体粒子。

你也许会说，光就是电磁波，这也没什么呀。

可是如果你再仔细想想，就会发现光子是个很奇怪的东西。

光子是携带电磁波能量的点粒子，但是由它组成的电磁波却能弥散在空间中。我们想象中的在空间中振荡的电磁波，其实不过是一个个光子的飞行；但电磁波却能绕过与其波长相近的障碍物前进，比如无线电波就能绕过大楼传播，那么光子是怎么从大楼中通过的？绕过去还是穿过去？

如果是绕过去，那这些粒子是如何判断前方有障碍物并从直线飞行改成绕射的？电磁波的传播速度和光子的运动速度相同，都是光速c（约30万km/s），如果光子发生绕射而电磁波还在以光速传播，那么光子在绕射时岂不是超过了光速？如果是直线穿越，光子是如何保证不被吸收的？

在经典电磁波理论里，电磁波是由交变的旋涡磁场和旋涡电场相互激发，在空间传播而形成的。简单来说，它是靠振荡的电场和磁场来传播的，而且电磁波是横波。电磁波完全可以用振动的传播来描述其性质，但它却并非振动而是光子流！又该如何理解二者的统一性呢？

亲爱的读者朋友，看到这儿，你会不会觉得有点头晕眼花呢？是不是觉得原先很清晰的光子形象变得模糊起来了呢？