怎样证明光既是粒子又是波？

浅斟低唱，菜cai/质疑丽琪，理解丽琪，成为雨欣

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

$\theta$

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

$\alpha$

，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

$\alpha$

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

$\alpha$

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

$\alpha$

等于

$\frac{\pi}{2}$

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:

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。

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