前沿科学光的波粒二象性被同时观测到了
各位好!今天我们来聊聊一个我们熟悉又陌生的东西，它就是------
光！（guang）音效（duang~）
话说很久很久之前，创世纪的第一天,上帝说要有光，于是就有了光。
但是上帝留下了一个他不曾解释的问题:
光到底是什么？
于是人们开始在漫长的实践中认识我们赖以生存的光。历史上人们对于光的认识，在中国可追溯到春秋时期墨子在《墨经》中的记载，这位大神早在春秋战国时就在《墨经》中记载了小孔成像的实验：
“景，光之人，煦若射，下者之人也高；高者之人也下，足蔽下光，故成景于上，首蔽上光，故成景于下……”
差不多就是这样……
而西方可追溯到欧几里得在《反射光学》中的记载
然而物理学家们对光的本质的认识也是经历了漫长的岁月，大约在十七世纪形成了两种对立的学说，即光的波动说与微粒说。但在以后很长一段时期内，微粒说占据统治地位，而波动说几乎消声匿迹。这主要是因为微粒说的坚定支持者是这位大佬——
牛顿！
牛顿凭借着他当时显赫声望与权威，再加上光的微粒说也成功地解释了光的直线传播特性、光的反射和折射等现象，让微粒说一时成为主流。
“光线是否是发光物质发射出来的很小的物体？因为这样一些物体能够直线穿过均匀媒质而不弯曲到影子区域里去，这正是光线的本性。”
-----牛顿
历史发展到十九世纪初，由于一连串的发现和众多科学家的努力使光的波动说再次复兴，并压倒了微粒说。波动说的支持者们（比如托马斯·杨）抓住了许多只能用波才能解释的现象——
光的干涉
二十世纪初，爱因斯坦终于华丽丽地登场，并用波动说的进阶版本——量子说——解释了“光电效应”，使量子说深入人心。量子说简而言之就是说光是一系列浓缩的波包——“光子”的流，是一嘟噜以嘟噜发射的。后来康普顿证实了光的粒子性，使人们对光的本性又有全新的认识。
那么问题就来了。
认为光是波，或者认为光是粒子，似乎都有着强大的实验支持。如果你选择观察干涉实验，那么你看到的光的干涉现象只能用波的性质才可以解释。
而如果选择光电实验，你却又能证明相反的性质:光不是一种扩散开去的波，而是一个个微小的粒子组成的流。
也就是说人们观测到的光要么是波、要么是粒子，不同的实验观测到的光是不同形式的。这个纠结的事情就像抛一枚硬币，每次你只能看到硬币的正面或者反面。
终于……真正的大咖出现了，它就是——
波粒二象性!
(某呆：“什么？玻璃像什么玩意儿……?”
“波粒二相性！就是说光既是粒子又是波，兼具着两种性质!）
人们对光的本性的认识过程可概括为：
光的波动说→光的微粒说→光的波动说→光的量子说→光的粒子说→光的波粒二象性
估计也只有法兰西的共和历程比这更复杂了……
好了，历史就基本讲到这里。下面我们来讲一些炫酷的最前沿科学进展。
虽然光的波粒子二相性已经被广泛接受了，但直到今年3月，人们还从没能同时看到光的这两种性质，而最近，来自瑞士洛桑联邦理工学院的科学家们却用一种十分奇葩的方法同时观测到了这两种性质。
就好像突然有人发现可以把硬币立起来……
他们是怎么做到的？
我们知道，我们能看见东西是因为有光子进到了我们的眼睛，也就是说通过探测光子来观察事物。
请根据葫芦娃这幅图脑补光子射入眼睛的过程……就是葫芦娃放出光线的逆过程……
其实，大多数的显微镜和望远镜也是这样工作的。那么，如果我们想要观察的事物就是光子怎么办呢？我们总不能让光子去探测光子吧，那样的话，我们怎么才能区分哪个光子是观测的而哪个是被观测的呢?
所以，机智的人们使用了电镜，也就是电子显微镜。电子显微镜与一般的光学显微镜工作原理类似，只不过光学显微镜是靠光子探测事物，而电镜则是靠发出去的电子探测事物。我们人眼不能像看光子那样看到电子，但我们的探测设备可以，所以，人们用电子探测一些光子看不到的东西。
为了理解科学家的这个同时观测到波粒二象性的实验，我们还要明白什么是驻波。波可以叠加，所以当两个同波长与频率的波相向而行的时候便会叠加，如果相位控制得好，便会形成驻波，也就是无法向前前进的波。就是这个样子
最常见的例子就是一端固定的弦线上的驻波，从未固定的一端发出一列波，波便会沿弦线传播，到固定端返回，之后这一去一回两列波叠加形成驻波。也就是下面这样
科学家们首先让光这种波形成驻波以便观察，然后用电子显微镜去探测光的驻波。这样，科学家就看到了呈现波的形状的光，同时，因为科学家是使用电子与光子相碰撞来探测光子，这也证明了光是一种粒子。由此，光的波粒二象性被同时探测到了！！！
请看下面这张炫酷的图！光的波粒二象性终于同时现身！
这个实验向人们展示了光的确是一种很奇特的物质。在我们看来，一个东西要么是波要么是粒子，但光却既是波又是粒子。但这个实验也产生了一些问题：在目前物理学界普遍承认的对波粒二象性的解释——哥本哈根解释中有一条很重要的理论叫“互补性原理”，它说光虽然既是波又是粒子，但我们观测的时候，看到的光要么是波要么是粒子，这取决于我们的观测手段，但无论如何我们不可能同时看到光的波动性和粒子性，就像我们不能同时看到硬币的两面一样；说的哲学一些，光的波动性和粒子性是对立统一的。然而科学家们的这个实验却同时观测到了波动性和粒子性。是哥本哈根解释错了？还是这个实验并没有同时看到真正的波动性和真正的粒子性？这些疑难还都留给人们来解决。
我们下次见！
图片来源ScienceDaily,瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）
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