如果先给一个不够完整、但有用的回答:光是一种能够在空间中传播能量的电磁现象。它不需要空气,也不需要某种看不见的介质托着走,所以太阳光可以穿过近乎真空的太空来到地球。
这句话仍没有把光“变成”一个熟悉的东西。原因不是解释失败,而是微观世界本来就不必完全服从我们从球、绳子和水波中得到的直觉。
它到底是什么?
在很多情形下,把光看作电场和磁场共同传播的波非常有效。波长不同,我们眼睛感受到的颜色也不同。可见光只是整个电磁波家族中很窄的一段;无线电波、红外线、紫外线和 X 射线也属于这个家族。
但当光与物质交换能量时,它又常常表现为一份一份的能量包。物理学把这样的能量单位称为光子。更短的波长通常对应更高的单个光子能量。
波和粒子为什么不矛盾?
日常语言让我们以为“波”和“粒子”是两种互相排斥的东西:水面起伏是波,沙粒是粒子。但量子世界并不承诺自己必须落进这两个旧抽屉中的一个。
说光具有波粒二象性,并不是说它时而偷偷变成小球、时而又变成水波。更准确的理解是:不同实验会显露光的不同性质,而我们熟悉的两个模型各自描述了其中一部分。
颜色从哪里来?
物体的颜色不是固定涂在物体表面的标签。光照到物体后,一些波长被吸收,一些被反射或透过;眼睛接收到这些光,再由大脑形成颜色体验。光源、材料和观察者共同参与了我们看到的颜色。
如果只记住一件事
光不是一种必须被迫塞进“波”或“粒子”旧概念里的普通物质。它是量子化的电磁现象;波和光子是我们理解其不同行为的两种重要语言。
真正需要调整的,往往不是光的身份,而是我们对“东西应该长什么样”的日常直觉。