关于光速的疑问

opticist

众所周知，光是一种电磁波，但不清楚光速是指光子运动的速度还是波的速度？如果是指光子的速度，那么不是意味着波的速度小于30万米每秒？如果是波的速度，那么光子运动的速度岂不是大于光速？

既然光是电磁波，具有波粒二象性，那么如何衡量光到达了某一点？是指波到达还是光子到达？怎么检测出光在某一刻到了某一点呢？

还请高手指教。谢谢！

hx0999

爱因斯坦光量子理论认为：光是以光速运动的光子流。

光是否到达了某一点，要靠探测器探测来判断。

你说的“是指波到达还是光子到达？”，我觉得是一致的，光子可以看成是波包，两者是一样的。

只不过，当光频率较大时，粒子性表现的强一些，如X射线被认为是光子流。被看成粒子。

光频率较小时，波动型表现的强一些，如无线电波。

opticist

谢谢

还请问：光子看成波包---是说一群光子看成一个波包还是一个光子看成一个波包？

hx0999

其实，波包定义主要是表示能量载体的概念。光子具有能量，所以可以看成是对应的。

自然界的物质形态有很多种，波是描述连续性物质状态的，粒子是描述非连续的物质状态。

所以，波包和光子不能简单的等同起来。

caesarmcclane

波的传播速度一般是用相速度来衡量的

所以波速是可能大于光速的

这个是没有问题的

opticist

波包和光子不能等同的话，那么光到达某一点的衡量标准到底是构成波包的光子到达还是波包到达？

楼上的朋友，波速大于光速的话，岂不是有超光速了？

caesarmcclane

不知到楼主对相速度有概念没有

速度是位移对时间的微分

相速度是相位差对时间的微分

光是一种粒子

只是根据德布罗意关于物质波的定义

光子会有波的性质

即光在空间的传播具有波动的性质，衍射就是最明显的例子

其实也可以从量子理论的角度来理解光子的行为

在宏观的尺度我们近似可以看成是光沿最大或者最小光程传播

但如果在微观尺度去观察

光子的位置是不可预知的

只是大量的同类光子（光子是玻色子）表现的统计性质在我们看来就好比是波一样

btw：我不知道相速度大于3e+8rad/s会有什么问题

我只知道速度大于3e+8m/s会有问题（现在的物理就面临被推翻咯）

hx0999

以下是引用opticist在2005-3-22 11:45:30的发言：

波包和光子不能等同的话，那么光到达某一点的衡量标准到底是构成波包的光子到达还是波包到达？

前面解释过：波包和光子不能同时使用，二者都是表征光能量的，一个从波的角度，一个从量子的角度。

探测器探测的是光的能量，只要探测器有响应，就说明光到达了。

hx0999

以下是引用caesarmcclane在2005-3-23 0:49:18的发言：

不知到楼主对相速度有概念没有

速度是位移对时间的微分

相速度是相位差对时间的微分

光是一种粒子

只是根据德布罗意关于物质波的定义

光子会有波的性质

即光在空间的传播具有波动的性质，衍射就是最明显的例子

其实也可以从量子理论的角度来理解光子的行为

在宏观的尺度我们近似可以看成是光沿最大或者最小光程传播

但如果在微观尺度去观察

光子的位置是不可预知的

只是大量的同类光子（光子是玻色子）表现的统计性质在我们看来就好比是波一样

btw：我不知道相速度大于3e+8rad/s会有什么问题

我只知道速度大于3e+8m/s会有问题（现在的物理就面临被推翻咯）

既然，相速度跟光速的单位都不同，就没有可比性了。

那你前面的比较就没有意义了，还容易产生混淆！

btw：看过你的解释，我才知道相速度是怎么回事，呵呵

caesarmcclane

据个人理解

应该讲所有波都是粒子

不过在空间运动的统计分布上具有波的特性

干涉、衍射（都是波的叠加）

觉得波应该是一种概念而不是实际存在的东西

是一种大量粒子行为的统计

感觉经典理论里边关于波的东西是为了数学处理的方便

而且在非量子尺度用这样的近似也不会有什么问题

所以我觉得没有必要讨论光子跟波包什么问题的

hx0999

波和粒子都是物理模型，模型而已。。。

哪个描述跟实际测量更吻合就用那个模型，就是这样的。

实质上，物理学就是研究各种各样的模型的。

opticist

以下是引用hx0999在2005-3-23 8:10:26的发言：

前面解释过：波包和光子不能同时使用，二者都是表征光能量的，一个从波的角度，一个从量子的角度。

探测器探测的是光的能量，只要探测器有响应，就说明光到达了。

光的能量，无外乎是光子打在接收屏上的数目。达到多少的能量才叫光到达了呢？如果没有个界定，岂不是各人测的光速都不同了？如果有界定，那为什么要那样界定呢？依据何在？

我提这些问题不是想钻牛角尖，而是想对于光的波粒二象性有更深的理解。说实话，都知道光的波动与粒子性，都知道书上的说法，可多少人理解了这个性态? 我可是没理解，所以和大家共同探讨。

提到波，我们都会想起绳子上的那种机械的波动，谈到光波，我们也会往上面去想。就谈波的话，我们想对了，就那个意思。可又说具有粒子性，那我们头脑中该显示出什么样子？粒子在怎么运动？粒子的运动如何使光呈现波动性？ 其实这个“图象”很多人想不出来，可又要显着很懂，我问过身边的很多人都这样，包括老师。他们只说“不能想着光只有波动或粒子的单方面，光具有波粒二象性。既是波，又是粒子。” 这些话在书上都有啊，我是想知道到底该怎么去想它？它怎么波动，怎么粒子的？可是一直没答案。

说到光速，大家都清楚可以测量，这是宏观的事，测它没问题。问题是谈到光的波粒二象性时，这时该怎么测呢？测波到达，测粒子到达？我搞不清楚。因为对于一个光波，波是个什么样子的，粒子又是怎么动的，我都不知道，我怎么可能知道是看粒子到了还是波到了？

现在最基本的一个问题是，光波的“波”是个什么样子的？是谁在波动？

共同探讨，谢谢！