灯泡里的光子是怎么跑出来的？

乔亮

广东读者张菁问：所有的光都具有波粒二相性吗？那灯泡里面的光子是怎么跑出来的？为什么灯泡的光不热，太阳的光就热呢？

答：所有的光都具有波粒二相性。在2012年11月出版的《科学》杂志中，英国布里斯托大学的物理学家阿尔贝托·佩鲁佐利用光子分离器使一个光子纠缠另一个光子，通过对第二

个光子的检测，证实了光子同时表现出波和粒子的特性。

第二个问题：从经典角度讲，任何粒子，只要它有一定的动能，都有一定的穿透力射出的子弹在一定射程内能击穿木板，相反，“强弩之末，势不能穿鲁缟”。这些现象用高中的“压强”概念就可以解释。光也是一种粒子，非静止的光子的确具有动能和光压。

但是，光和物质的作用，一般是从光子（或电磁波）与电子、原子、分子作用的角度来考虑的，比如可见光能穿透厚厚的玻璃，但不能透过一块薄薄的黑布。这种差别显然无法从“子弹穿木板”的角度来解释。这里要考虑的是光子被吸收的多少，即光子“消逝”的多少。能穿透玻璃，是因为被吸收的光子很少。光子是粒子的，但是玻璃的微观结构是很稀疏的、间距很大的格点阵列，对光子的吸收很有限。

要进一步理解这个问题，需要理解光子是一种能量量子化的概念，它的行为要用量子力学来描述，而不能用经典图像来看待。比如，它是什么形状？体积有多大？等等。

量子力学中，用波函数来描述光子这样的微观粒子比较好，波函数模的平方就是光子出现概率高的地方。在真空中，波函数模的平方在一条直线上出现极大值，所以真空中光沿直线传播。在介质（如玻璃）中，光子的能量被介质原子（离子、分子等）吸收，同时，介质原子（离子、分子等）跃迁到高能级上，它有一定概率再释放光子，整个过程是个动态平衡的过程，总的效果是波函数模的平方在穿透玻璃的地方出现极大值。光子跑到了玻璃的另一面，也就是说，光子穿透玻璃。同时，如果了解量子电动力学的方程后，会发现波函数模的平方极大值出现的地方与几何光学（折射定律、反射定律等）相一致。

以波的观点来看就非常简单了，可见光可以通过空气——玻璃界面折射的方式穿透灯泡的玻璃壁。

第三个问题：首先，太阳光比普通光的照度大，也就是说相同粗细的光束，太阳光含有更多的能量。其次，太阳光中的红外线含量比较高，红外线占太阳光能量的43%，而人体感觉到热主要是红外线的作用（人眼是看不到红外线的）。由于灯泡的红外线发射比较弱，所以感觉不到热。另外，白炽灯（灯泡）的光中还是有一部分红外线的，所以白炽灯的热效应比不产生红外线的冷光源荧光灯强，也因此，效率没有荧光灯高。endprint