深度长文：光的真相，跨越三百年，读懂光子与量子世界！

每天早上醒来，拉开窗帘，阳光照进来，暖洋洋的。这是我们每天都在经历的事情，太普通了，普通到我们根本不会去想"光到底是什么"。

但是，你有没有想过这样一个问题：光，它到底是一种什么东西？

是像水流一样连续不断的"液体"？还是像子弹一样一颗颗的"粒子"？

这个问题，人类争论了几千年，直到今天，也不能说完全搞明白了。

别急，咱们慢慢说。

先从最容易理解的开始。在我们日常生活中，光给人的感觉就是"连续"的。你打开手电筒，一束光射出去，中间没有断点，就像水流一样。所以古代的人们，包括很多早期的科学家，都认为光是一种连续的东西。

但是，这里有个问题。如果光是连续的，那它是怎么传播的？

你想啊，声音传播需要空气，水波传播需要水，那光传播需要什么？在真空中，光为什么也能传播？

这个问题，困扰了科学家很长时间。

说出来你可能不信，人类对光的研究，早在两千多年前就开始了。

公元前300年左右，古希腊有个叫欧几里德的人，就是写《几何原本》那个大神，他在光学上也有研究。他写了一本叫《光学》的书，第一次提出了"光线沿直线传播"这个规律。

不过欧几里德那个年代，还谈不上"光的本质"这种深层问题，大家都停留在"光有什么特性"的层面。

真正的"光本质之争"，是从17世纪开始的。

那时候出了两个牛人，一个叫笛卡尔，一个叫惠更斯。

笛卡尔你肯定听说过，就是说"我思故我在"那位哲学家，同时也是数学家和物理学家。1637年，他在《屈光学》这本书里提出，光是一种"脉冲"，在介质里传播，就像水波在水面上传播一样。

你看，虽然笛卡尔没明确说"光是波"，但意思已经很明显了，波动说的雏形已经有了。

后来，荷兰物理学家惠更斯更进一步，直接在1678年提出了"光的波动说"。他认为光是一种机械波，在一种叫"以太"的神秘介质里传播。

惠更斯还做了很多实验，解释了光的反射、折射、衍射，甚至连双折射现象都给解释了。什么是双折射？就是光通过某些晶体的时候，会分裂成两束光。这个现象用波动说确实能解释。

按理说，波动说应该已经很完善了吧？

并没有。因为另一个更牛的人站了出来，他就是牛顿。

牛顿这个人，你懂的，物理学界的"大神级"人物，他说的话，基本上没人敢反对。

牛顿不认同波动说，他有自己的理由。他觉得，如果光是波，那它应该能绕过障碍物啊，就像水波那样。但现实中，光的影子都是很清晰的，这说明光走直线，不会拐弯。

所以牛顿认为，光是由无数个微小的"光微粒"组成的，这些粒子沿直线传播，遇到障碍物就被挡住，所以才有清晰的影子。

1704年，牛顿出版了《光学》这本书，系统地阐述了他的"微粒说"。他说，光微粒有惯性，沿直线传播，能反射能折射。反射就像小球撞墙弹回来，折射呢？是因为光微粒在不同介质里速度不一样。

你还别说，牛顿的微粒说，确实能解释很多现象。再加上牛顿本人在科学界的地位，微粒说一下子就成了主流。整个18世纪，基本上都是微粒说的天下，波动说被压得抬不起头。

没办法，谁让牛顿太牛了呢？

但是，真理这东西，不会因为某个人权威就改变。

时间来到1801年，英国出了个天才物理学家，叫托马斯·杨。

这个人有多天才？据说他两岁就能流利阅读，四岁就能背诵大量诗歌，十四岁就已经掌握了好几门语言。

当然，这些都不是重点，重点是他做了一个实验，彻底改变了人类对光的认知。

这个实验，就是著名的"杨氏双缝干涉实验"。

实验的设计其实很简单，甚至有点"简陋"。

托马斯·杨用一张纸盖住窗户，在纸上扎个小洞，让阳光通过小洞形成一道细光。然后他用另一张纸挡住这束光，而且让纸在手里轻微移动。

结果意外发生了：光束竟然分裂成了两束，从纸张两侧穿过去。这两束光相互作用，在对面的墙上形成了明暗相间的条纹。

这就是光的干涉现象。

干涉是什么？是波的典型特征啊。粒子怎么可能干涉？你见过两颗子弹撞在一起会产生明暗条纹吗？不可能的。

后来托马斯·杨改进了实验，直接用两条狭缝，让光通过两个狭缝后，在光屏上形成了更清晰的干涉条纹。他还算出了各种颜色光的波长，结果和现代测量值非常接近。

按理说，这个实验应该能直接证明光是波了吧？

并没有那么简单。

因为牛顿的影响力实在太大了。托马斯·杨的实验结果，遭到了整个物理学界的嘲讽。他的论文根本没地方发表，只能自己联系印刷厂印刷。

你看，这就是权威的力量，哪怕你有实验证据，也没用。

不过，真理就像种子，压得再深，也会发芽。

十几年后，也就是1818年，又出了一件事，叫"泊松亮斑"。

泊松是个物理学家，他发现，如果光是波的话，那么在光的传播路径上放一块不透明的圆板，由于光在圆板边缘的衍射，在圆板阴影的中央，应该会出现一个亮斑。

泊松本来是想用这个来反驳波动说的，他觉得这太荒谬了，阴影中央怎么可能有亮斑？

结果呢？另一位物理学家菲涅耳，真的设计了一个实验，在不透明圆板的阴影中央，真的出现了一个亮斑！

尴尬了。

这个亮斑，后来就被命名为"泊松亮斑"，虽然泊松本人是反对波动说的，但他的名字还是和这个证明波动说的实验绑在了一起。

泊松亮斑的出现，给了波动说一个强有力的证据。越来越多的科学家开始接受波动说，牛顿的微粒说逐渐被淡化了。

到这里，光的本质之争，似乎已经有了答案：光是一种波。

但是，问题又来了。

如果光是波，那它是什么波？传播介质是什么？

在当时的认知里，波都需要介质。水波需要水，声波需要空气，那光呢？光在真空中也能传播，这怎么解释？

为了解决这个问题，科学家们提出了一个假设：宇宙中存在一种叫"以太"的神秘介质，这种介质充满了整个宇宙，是光传播的载体。

以太这个概念，说起来挺玄乎的。它看不见摸不着，没有质量，充满整个宇宙，而且是绝对静止的。

你可能会觉得，这不就是瞎编吗？

没办法，当时的物理学界就是这么认为的。因为波动说需要介质，所以以太必须存在，否则波动说就站不住脚。

但是，科学这东西，不能光靠假设，得有实验证据。

于是，科学家们开始设计实验，想要证明以太的存在。其中最著名的，就是迈克尔逊-莫雷实验。

这个实验的思路很简单：地球绕着太阳转，如果以太真的存在，而且是绝对静止的，那么地球相对于以太就是运动的。

那么，光在不同方向上的传播速度，应该是不一样的。

就像你在水里游泳，顺着水流游和逆着水流游，速度肯定不一样。

所以迈克尔逊和莫雷设计了一个非常精密的实验，利用光的干涉，来测量地球在以太中的运动速度。

结果呢？

结果让所有人都傻眼了：不管光在哪个方向传播，测量到的速度都是一样的。

这意味着什么？意味着以太不存在。

这个结果，在当时的物理学界引起了轩然大波。波动说的根基被动摇了，因为如果没有以太，光作为一种机械波，怎么能在真空中传播？

整个物理学界都陷入了困惑。大家都不愿意接受这个结果，连迈克尔逊和莫雷本人都觉得，肯定是实验哪里出了问题。

但是，不管他们怎么改进实验，结果都是一样的。

以太，真的不存在。

那光到底是怎么传播的？

就在大家一筹莫展的时候，另一位大神出现了，他就是麦克斯韦。

麦克斯韦这个人，在物理学史上的地位，仅次于牛顿和爱因斯坦。

他最牛的地方，就是把电和磁给统一了。

在麦克斯韦之前，法拉第已经发现了电磁感应现象，还提出了"场"的概念。法拉第认为，电场和磁场都是客观存在的物质，它们的传播不需要介质，在真空中就能传播。

但是法拉第数学不太好，只能提出概念，没法用数学公式描述。

而麦克斯韦正好弥补了这个遗憾。他用严谨的数学推导，得出了著名的麦克斯韦方程组，把电场和磁场完美地统一了起来。

这个方程组有多牛？这么说吧，它是人类历史上最优美的方程组之一，完美地描述了电和磁的关系。

根据麦克斯韦方程组，变化的电场会产生磁场，变化的磁场又会产生电场，如此循环往复，就形成了电磁波。

而且麦克斯韦通过计算发现，电磁波的传播速度，和光速完全相等。

这是巧合吗？

麦克斯韦不这么认为。他大胆预言：光，其实就是一种电磁波。

这个预言，彻底解决了光的传播介质问题。因为电磁波的传播不需要任何介质，靠的是电场和磁场的相互转化，在真空中完全可以传播。

以太？不需要了。

当然，麦克斯韦只是提出了预言，他本人并没有亲眼看到预言被验证。验证的任务，落到了另一位物理学家头上，他就是赫兹。

1888年，赫兹设计了一个实验，一个发射电磁波的线圈，一个接收电磁波的线圈。当发射线圈通电时，会产生变化的磁场，进而产生变化的电场，形成电磁波。接收线圈则会感应到电磁波，产生电流。

赫兹的实验，不仅验证了麦克斯韦的预言，还测量出了电磁波的传播速度，确实和光速完全一样。

这下实锤了：光就是一种电磁波。

光的本质之争，到这里似乎可以画上句号了。波动说大获全胜，而且连传播介质的问题都解决了。

但是，你以为这就结束了？

并没有。

因为赫兹在实验过程中，还发现了一个奇怪的现象。这个现象，后来又把整个物理学界搅了个天翻地覆。

赫兹在做电磁波实验的时候，意外发现了一个现象：当光照射到金属表面时，金属表面会逸出一些带负电的粒子（当时电子还没被正式发现），使得金属表面带正电。

这个现象，后来被称为"光电效应"。

本来这只是一个偶然发现，但仔细研究之后，科学家们发现不对劲了，这个现象，用波动说完全解释不了。

为什么？

按照波动说，光的能量是连续的，和光的强度成正比。光越强，能量就越大。那么，只要光的强度足够大，或者照射时间足够长，不管光的频率高低，都应该能让金属表面逸出电子才对。

但是实验结果呢？

完全不是这么回事。

赫兹的助手勒纳德在后续实验中，总结出了光电效应的三条规律：

第一，单位时间内逸出的电子数量，和入射光的强度成正比。这个还好，和波动说不矛盾。

第二，每种金属都有一个"极限频率"。只有入射光的频率高于这个极限频率时，才会产生光电效应。如果频率低于这个极限，不管光的强度多大、照射时间多长，都不会有电子逸出来。

第三，逸出电子的最大动能，只和入射光的频率有关，和光的强度完全没关系。频率越高，电子动能越大。光的强度再大，也不会让电子跑得更快。

这就麻烦了。

这三条规律，特别是后面两条，和波动说完全矛盾。

按照波动说，光的能量是连续的，只要积累足够的能量，电子就应该能跑出来。频率低怎么了？多照一会儿不就行了？

但实验告诉我们：不行。频率不够，再怎么照都没用。

这就像什么呢？就像你用一个锤子砸墙，锤子越大（光越强），砸的时间越长，按理说墙应该越容易被砸破。但现实是，如果锤子的"频率"不够，你砸一辈子也砸不破。但只要频率够了，轻轻一砸就破了。

这合理吗？

在经典物理学的框架里，完全不合理。

光电效应，成了波动说的"噩梦"，也成了19世纪末物理学界的一朵"乌云"。

就在大家都一筹莫展的时候，又一位大神出场了。

没错，就是爱因斯坦。

1905年，这一年被称为"爱因斯坦奇迹年"，因为他在这一年里发表了四篇划时代的论文，每一篇都足以让他名垂青史。其中一篇，就是关于光电效应的。

当时的爱因斯坦，受到了普朗克量子假说的启发。

普朗克是谁？就是那个提出"量子"概念的人。

1900年，普朗克在研究黑体辐射的时候，发现经典物理学解释不了实验结果，也就是所谓的"紫外灾难"。

为了解决这个问题，他提出了一个大胆的假设：热辐射的能量是不连续的，是一份一份的，每一份叫一个"量子"，每个量子的能量和频率成正比，也就是E=hν。

普朗克的这个假说，打破了经典物理学中"能量连续"的观念，开启了量子力学的大门。不过普朗克本人当时并没有意识到这个假说的革命性，他只是把它当成一个数学上的技巧，用来解决黑体辐射问题。

但是爱因斯坦不一样。

爱因斯坦把普朗克的假说往前推了一步。他认为，不仅热辐射的发射和吸收是离散的，光本身就是由离散的能量单元组成的，这些能量单元叫"光量子"，后来被称为"光子"。

每个光子的能量，遵循E=hν的规律，只和光的频率有关，和光的强度没关系。

光的强度是什么？是光子的数量。光越强，说明光子越多。

有了这个假说，光电效应就很好解释了。

为什么会有极限频率？因为每个光子的能量由频率决定，频率越高，能量越大。要把电子从金属里打出来，光子的能量得足够大才行。如果频率不够，每个光子的能量都不够，那光子再多也没用，因为电子只能吸收一个光子的能量，不能攒着。

为什么电子的最大动能只和频率有关？因为电子吸收一个光子的能量，一部分用来克服金属的束缚，剩下的就是电子的动能。光子能量越大（频率越高），电子获得的动能就越大。光的强度只是光子数量，只会影响逸出电子的数量，不会影响每个电子的动能。

完美解释。

但是，这个假说在当时引起了很大的争议。

为什么？因为波动说已经被赫兹的实验证实了，大家都接受了光是电磁波。现在你爱因斯坦又说光是粒子，这不是开倒车吗？

而且，光的干涉、衍射这些现象，明明白白地证明了光是波。如果光是粒子，怎么解释干涉？

所以，爱因斯坦的光量子假说，在当时遭到了很多质疑。很多物理学家都不接受，觉得太荒谬了。

不过，实验是检验真理的唯一标准。

1916年，物理学家通过著名的"油滴实验"，精确验证了爱因斯坦的光量子假说，实验结果和理论预测完全一致。

这下，大家不得不接受了。

光，确实是由光子组成的。

但是，问题又来了。

光既然是粒子，那干涉和衍射怎么解释？波动说的那些实验证据怎么办？

总不能说波动说错了吧？那些实验可是明明白白摆在那里的。

于是，一个全新的概念诞生了：波粒二象性。

什么意思？

就是说，光既不是纯粹的波，也不是纯粹的粒子，它同时具有波的特性和粒子的特性。

在不同的实验中，它会表现出不同的特性。在干涉、衍射实验中，它表现出波动性；在光电效应、康普顿效应实验中，它表现出粒子性。

你可能会觉得，这不是"和稀泥"吗？既是波又是粒子，这怎么可能？

说实话，这确实违背了我们的日常经验。在宏观世界里，一个东西要么是粒子，要么是波，不可能既是粒子又是波。

但是在微观世界里，就是这么诡异。

而且，不仅仅是光，所有的微观粒子都有波粒二象性。

1924年，一个叫德布罗意的法国物理学家，提出了一个更大胆的猜想：所有的微观粒子，都具有波粒二象性。这种波叫"德布罗意波"，也叫"物质波"。

他还给出了一个公式：粒子的动量和物质波的波长成反比。

这个假说在当时太颠覆了。粒子就是粒子，怎么会是波？

不过爱因斯坦非常欣赏德布罗意的假说，有了爱因斯坦的支持，这个假说才引起了物理学界的重视。

后来，薛定谔正是受到了德布罗意物质波的启发，提出了薛定谔波动方程，建立了量子力学的波动理论。

当然，假说再漂亮，也需要实验验证。

1927年，物理学家戴维森和革末做了一个实验，把电子束照射到镍晶体表面，电子会在晶体表面发生散射。

如果电子具有波动性，那么散射后的电子应该会形成衍射条纹。

结果呢？真的形成了明暗相间的衍射条纹。

电子，确实具有波动性。

德布罗意的物质波假说，得到了实验验证。他也因此获得了1929年的诺贝尔物理学奖。

到这里，波粒二象性就成了量子力学的核心概念之一。不仅仅是光子，电子、质子、中子，所有微观粒子都具有波粒二象性。

但是，你可能还是会有疑问：微观粒子到底是粒子还是波？

这个问题，其实本身就有问题。

因为它还是在用经典物理学的思维方式去思考量子世界。在量子世界里，"粒子"和"波"并不是对立的，而是统一的。

微观粒子的行为，取决于我们怎么观测它。

比如在双缝实验中，如果我们不观测电子通过哪个狭缝，电子就表现出波动性，出现干涉条纹。如果我们观测，电子就表现出粒子性，只会出现两个亮斑。

这种"观测影响结果"的现象，是量子力学的核心特性之一。

当然，关于波粒二象性，还有很多更深层次的问题，直到今天也没有完全搞明白。不过这就是科学的魅力所在，永远有未知等待我们去探索。

聊了这么多，你可能还是会好奇：光子到底长什么样？它有多大？是什么形状？

说实话，这个问题不太好回答。

因为光子不是我们宏观世界里那种"小球"一样的粒子。它没有实体体积，没有静止质量，永远以光速运动。

你没法用"大小"、"形状"这些宏观概念去描述它。

但是，科学家们还是通过一些巧妙的实验，"看"到了光子的样子。

2016年，波兰华沙大学的物理学家们，做了一个很厉害的实验，他们创造出了第一张单个光子的全息图。

全息图你可能听说过，就是能记录物体三维信息的图像，通过全息图能看到物体的立体形状。

那光子的全息图是怎么做出来的呢？

科学家们用了一块由方解石晶体制成的分束器，把一束激光分成两束，然后让这两束光同时发射到分束器上。

分束器就像一个十字路口，每个光子到达分束器后，有两种选择：直接穿过去，或者转弯。

因为光子具有波粒二象性，当只有单个光子的时候，它会同时处于两种路径的叠加状态。也就是说，这个光子既可能直接通过，也可能转弯，两种可能性同时存在。

但是当涉及到多个光子的时候，它们之间会发生相互作用，导致路径的概率发生变化。

科学家们利用这个特性，通过测量其中一个光子的波函数，就能从探测器上的闪光位置，推导出第二个光子的形状。

实验结果是什么样的呢？

单个光子的全息图像，看起来有点像马耳他十字架。

这个形状，和薛定谔方程预测的光子波函数形状完全一致，进一步证实了量子力学的正确性。

不过这里需要说明一下，光子的"形状"，并不是我们传统意义上的实体形状。因为光子没有实体体积，它的形状实际上是波函数的空间分布特征，是一种量子力学意义上的"概率形状"。

说白了，我们看到的那个马耳他十字架，并不是光子"长"成那样，而是光子在空间中出现概率的分布图像。在十字架的位置，光子出现的概率最高，其他位置概率较低。

是不是有点抽象？

没关系，量子力学本来就是反直觉的。你只要知道，光子没有我们宏观意义上的"形状"就对了。

聊了这么多历史和实验，咱们来具体说说光子到底有哪些特性。

别看光子小，它的特性可多了，而且每一个都很神奇。

第一，光子没有静止质量。

这是光子最特别的地方。

我们平时接触到的实物粒子，比如电子、质子、原子，都有静止质量。哪怕它们不动，也依然存在。

但光子不一样。光子没有静止质量，也没有静止能量。它只能以光速运动，一旦停下来，就消失了。

你可能会问，那光子有质量吗？

有，但不是静止质量，而是"运动质量"。根据爱因斯坦的质能方程E=mc²，光子有能量，所以它有对应的运动质量。不过这个质量和我们平时说的质量不太一样，它是能量的体现。

也正因为光子没有静止质量，它才能在真空中无阻碍地传播，不需要任何介质。声波、水波这些机械波，都需要介质才能传播，但光子不需要。

第二，光子是基本粒子。

什么是基本粒子？就是不能再分割成更小单元的粒子。比如电子、夸克、光子，都是基本粒子。

虽然光子没有静止质量，但它不是复合粒子，而是独立的基本粒子。

而且，光子还是传递电磁力的媒介粒子。

什么意思？我们平时感受到的电磁力，比如磁铁吸引铁钉、摩擦起电，本质上都是通过光子的交换来实现的。

你可以这么理解：两个带电粒子之间，不断地"扔"光子，通过这种交换，产生了电磁力。

当然，这只是一个通俗的类比，实际情况要复杂得多，涉及到量子场论。你只要知道，光子是电磁相互作用的传递者就行了。

第三，光子不带电荷。

光子是电中性的，既不带正电，也不带负电。

这也是为什么光子能在真空中自由传播，不会被电场、磁场偏转。

电子带负电，质子带正电，它们在电场或磁场中会受到力的作用，运动轨迹会偏转。但光子不带电，所以电场磁场对它都没影响，它一直走直线（当然，引力场会让光弯曲，那是广义相对论的事了）。

第四，光子非常稳定。

在自然条件下，光子不会自行衰变，也不会自发地转化为其他粒子。

它可以在宇宙中传播数十亿年，依然保持自己的特性不变。

比如我们观测到的遥远星系发出的光，经过了几十亿光年的传播，到达地球时，里面的光子依然保持着最初的能量和频率。

也正因为如此，天文学家才能通过观测遥远天体的光线，去研究宇宙的起源和演化。如果光子不稳定，半路就衰变了，那我们就什么都看不到了。

第五，光子是玻色子。

什么是玻色子？

基本粒子有两大类，一类叫玻色子，一类叫费米子。怎么区分？看自旋。

自旋是基本粒子的固有属性，有点像粒子的"自转"，但又不是真的在转，是一种内禀的量子特性。不同的粒子有不同的自旋量子数。

光子的自旋量子数是1，所以它是玻色子。而电子、质子这些粒子的自旋是1/2，属于费米子。

玻色子有一个很重要的特点：多个玻色子可以同时处于同一个量子态。

什么意思？就是说，多个光子可以"挤"在同一个状态里，它们不互相排斥。

而费米子不一样，费米子遵循泡利不相容原理，两个费米子不能处于同一个量子态。

就像坐座位，一个座位只能坐一个人。

玻色子的这个特性，是激光能够产生的核心原理。激光是什么？就是大量光子处于同一个量子态、同向传播形成的高强度光束。

如果光子是费米子，那激光就不可能存在了。

第六，光子的能量和动量取决于频率。

根据爱因斯坦的光量子理论，光子的能量和它的振荡频率密切相关。能量等于频率乘以普朗克常数，也就是E=hν。

频率越高的光子，能量越大。

那动量呢？光子的动量p和频率的关系是p=h/λ，其中λ是波长。波长和频率成反比，频率越高，波长越短。

所以，频率越高的光子，能量和动量都越大。

比如X射线、伽马射线的光子，频率极高，能量也极大，能穿透人体和金属。而无线电波的光子，频率极低，能量很小，只能用来传信号。

这也是为什么紫外线能晒伤皮肤，而可见光不会——因为紫外线光子的能量更大，能破坏皮肤细胞里的DNA。

第七，光子能和其他粒子发生相互作用。

最典型的例子就是康普顿效应。

1923年，美国物理学家康普顿做了一个实验，他发现当X射线光子和物质中的电子发生碰撞时，光子会把一部分能量传递给电子，导致自己的频率降低、波长变长，而电子则会获得能量，发生反冲。

这个效应，进一步证明了光子的粒子性。因为只有粒子碰撞，才会发生这种能量和动量的转移。如果光是波，就不会有这种现象。

除了康普顿效应，光子和电子的相互作用还有很多种，比如光电效应、受激辐射等等。这些相互作用，是很多现代技术的基础，比如太阳能电池、激光、LED等等。

第八，光子可以被产生，也可以被消灭。

光子不是永恒存在的，它可以被创造出来，也可以被吸收掉。

什么时候会产生光子？当原子或分子从高能级跃迁到低能级时，就会释放出能量，形成光子。

比如蜡烛燃烧、灯泡发光、恒星发光，本质上都是原子跃迁产生光子的过程。

核反应、宇宙射线和物质的相互作用，也会产生光子。

那什么时候光子会消失？当物质吸收光的时候，光子会被原子或分子吸收，它的能量转化为原子或分子的内能，光子就消失了。

比如你晒太阳，阳光照在你身上，被皮肤吸收了，光子就没了，它们的能量变成了热量，所以你会觉得暖和。

所以说，光子是可以产生和消灭的，它不是永恒的。

第九，光子在介质中速度会变慢。

我们都知道，光子在真空中的速度是光速，大约每秒30万公里，而且这个速度是恒定的。

但是，当光进入介质的时候，比如空气、水、玻璃，它的传播速度会变慢。

慢多少？取决于介质的折射率。折射率越大，速度越慢。

比如光在水中的速度，大约是真空中的3/4。在玻璃中，大约是真空中的2/3。

这也是为什么光从一种介质进入另一种介质时，会发生折射。比如筷子插入水中看起来"弯折"了，就是因为光在水和空气里的速度不一样。

那为什么光在介质中会变慢？

简单来说，是因为光子在介质中会和原子、分子发生相互作用，不断地被吸收再发射，这个过程需要时间，所以整体上看，光的传播速度就变慢了。

不过这只是一个通俗的解释，实际情况要复杂一些，涉及到光和物质的相互作用机制。你只要知道，光在介质里速度会变慢就行了。

聊了这么多正经的，最后再说几个关于光子的有意思的事实，就当是彩蛋了。

第一，整个电磁波谱都是光子组成的。

我们平时说的"光"，一般指的是可见光。但实际上，整个电磁波谱，从无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线到伽马射线，它们本质上都是电磁波，都是由光子组成的。

区别只是光子的频率和能量不同。

无线电波的光子频率极低，能量很小，主要用来通信、广播。

红外线的光子频率略高，能量适中，能产生热效应，常用于取暖、遥控。

可见光的光子频率在人眼可见的范围内，就是我们平时看到的各种颜色的光。

紫外线的光子频率较高，能量较大，能杀菌、使荧光物质发光，但也会晒伤皮肤。

X射线和伽马射线的光子频率极高，能量极大，能穿透物质，常用于医疗诊断、工业检测和核物理研究。

所以，下次你用WiFi的时候，要知道你周围充满了光子，只是它们的频率太低，你的眼睛看不到而已。

第二，波粒二象性不是光子独有的。

前面也提到过，波粒二象性不仅仅是光子的特性，所有微观粒子都有。

电子、质子、中子，甚至原子、分子，都具有波粒二象性。只不过质量越大的粒子，波长越短，波动性越不明显，所以我们在宏观世界里感觉不到。

比如一个质量1克的小球，以每秒1米的速度运动，它的德布罗意波长大约是10^-31米，这个尺度太小了，根本观测不到波动性。

所以在宏观世界里，我们看到的都是粒子性，波动性可以忽略不计。

但在微观世界里，粒子的质量很小，波长相对较大，波动性就很明显了。

第三，光子永远不会"老"。

因为光子以光速运动，根据狭义相对论，运动速度越快，时间流逝得越慢。当速度达到光速时，时间就停止了。

所以，对于光子来说，时间是不存在的。

一个从遥远星系发出的光子，在我们看来它飞行了几十亿年才到达地球。但对于光子自己来说，它从产生到被吸收，是瞬间完成的，没有经历任何时间。

是不是很神奇？

在光子的"视角"里，没有过去和未来，一切都在同一瞬间。

当然，这只是相对论的推论，光子本身没有意识，也谈不上"视角"。但想想还是挺有意思的。

从古希腊的欧几里德，到牛顿和惠更斯的争论，再到托马斯·杨的双缝实验，麦克斯韦的电磁理论，爱因斯坦的光量子假说，最后到量子力学的波粒二象性……人类对光的认知，经历了一场又一场的革命。

每一次革命，都颠覆了之前的认知，也推动了物理学的飞速发展。

但是，直到今天，我们对光子、对量子世界的理解，依然是不完整的。还有很多问题没有答案。

比如，为什么光子没有静止质量？为什么光速是宇宙中最快的速度？波粒二象性的本质到底是什么？观测为什么会导致波函数坍缩？

这些问题，科学家们还在探索。

不过这就是科学的魅力所在。永远有未知，永远有新的东西等待我们去发现。