波和粒子语言
我们可以讨论电磁辐射使用两种语言:波或粒子(光子)语言。与所有语言一样，我们有时可以用一种语言比另一种语言更简洁或更清楚地表达思想。我们把两者分开使用，有时也同时使用。我们需要两种语言都很流利。电磁辐射的这种所谓可悲的二元性已经引起了许多争论。但没有法律要求物理现实只用一种语言来描述。我们也许希望有这样一种语言，但大自然往往对我们的希望无动于衷。此外，我们毫无异议地接受声音的二元性。我们把空气中的声波描述为连续的，同时认识到空气和声音是由运动中的离散粒子(分子)组成的。
我们如何选择使用哪种语言?简单。人生苦短。为了理解自然，我们采取了最简单的方法。虽然声音在空气中的传播可以被描述为分子的运动，但如果采用这种方法，声学就会陷入数学困境。
在光子的语言中，一束辐射被看作是一种被称为光子的粒子流，具有特殊的性质，即它们携带能量、线性动量和角动量，但不携带质量。光子的质量通常被认为等于零。但是考虑到在不可避免的误差和不确定性面前测量零几乎是不可能的，更正确的说法是光子质量的上限一直在减小，它的现值大约是电子质量的10-24倍。如果你不介意一个粒子
基础大气辐射:有400个问题的导论。Craig F. Bohren和Eugene E. Clothiaux版权所有©2006 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim ISBN: 3-527-40503-8
没有质量可以携带动量，这是因为你被动量等于质量乘以速度的概念困住了。有时这是正确的(大约)，有时不是。动量就是动量，它本身是一种完整的性质，并不总是质量和速度的乘积。
光子只有一种，只在能量和动量上有区别，而波则有无限的变化，而且往往非常复杂，最简单的一种是平面波，其特征是频率w和传播方向为单一(圆形)(见第3.3和3.4节)。圆频率的尺寸为单位时间的弧度。你可能更熟悉简单的频率，通常用v(有时是f)表示，它具有单位时间周期的维度。频率的单位是赫兹，缩写为Hz，每秒一个周期。因为一个周期对应2n弧度，所以频率和圆频率之间的关系很简单:
所有电磁波在自由空间(不严格存在)中以相同的速度c传播，大约3 x 108 ms"1。自由空间中的平面波同样可以用它的波长A来描述，它的频率与
你有时会听到有人说频率比波长更基本。在某种意义上，这是正确的，但是波长通常更有用。当我们考虑电磁波与物质块的相互作用时，我们必须问自己的第一个问题是电磁波有多大。大和小没有意义，直到我们指定一个衡量尺度。对于电磁辐射，测量棒是波长。描述这种辐射与物质相互作用的数学表达式可能完全不同，这取决于物质相对于测量棒的大小。
我们如何将波语言转换为光子语言?频率为w的平面谐波对应于一个光子流，每个光子流的能量h为普朗克常数(6.625 x 10~34 Js)， h = h/2n。可见电磁辐射(光)的频率约为1014赫兹，因此激发视觉感觉的光子的能量约为10~20 j。高尔夫球穿过空气时的动能大约是它的1013倍。
比如说，如果用波的语言，要理解电磁波从空气中入射到光滑的玻璃表面上会发生什么就不是特别困难了。入射波激发玻璃中的分子放射出次级波，这些次级波结合起来(大约)形成由反射定律给出的净反射波和由折射定律给出的净透射波。没有绝对光滑的表面，所以它的意思是在波长的尺度上是光滑的。
所有这些都很直观，不会令人困惑。但是现在考虑一下当我们切换到光子语言时会发生什么。如果我们把反射看作是光子在一个表面上的反弹，把透射看作是它们穿透表面的过程，那么，如果所有的光子都是相同的，为什么有的反射有的透射呢?这确实令人费解;更重要的是为什么w = 2nv。
光子应该是镜面反射的，因为对于想象为微小粒子的光子来说，所有的表面都是粗糙的。
这并不是说我们不能用光子语言来描述光滑界面上的反射和传输，只是这样做需要付出极大的脑力劳动。有时情况正好相反。许多年前，其中一位作者参加了一个题为“没有光子的光电效应”的讨论会。光电效应通常是指由于辐射(通常是紫外线)的照射而由表面(通常是金属)发射电子。用光子的语言来描述光电效应很简单。当能量为hv的光子被表面吸收时，由此释放的电子的最大动能E为
其中p是电子突破表面时损失的最小能量。与单个电子相互作用的单个光子将其全部能量都传递给了该电子，如果足够充分，电子就能挣脱束缚在金属上的力。由该方程可知，发射电子的能量与入射功率无关，而光电流(发射电子的速率和数量)与入射功率成正比，与实验结果相符。这个简单的方程是爱因斯坦在1905年首次写下的，它是现代辐射和物质理论的基石之一。然而，多年前那次研讨会上的演讲者，在试图描述和解释没有光子的光电效应时，用几十个复杂的方程来攻击听众。即便如此，在他的数学之旅进行到一半时，他的思想和舌头背叛了他，他脱口而出了一个禁忌词“光子”。这时，在座的作者从座位上跳起来喊道:“光子!光子!你答应过不会有光子的。”
被入射光束照射的镜子产生反射光束。反射光束是否会改变入射光子的方向?唉，我们不能做一个实验来回答这个问题。为了确定反射光子是否与入射光子相同，我们需要能够识别它们。但是光子是不可区分的。我们无法区分彼此。我们不能标记一个光子并跟踪它的进程。因此，如果你想相信反射光子和入射光子是一样的，你可以这样做。没人能证明你错了。但你不能证明你是对的。 When faced with an undecidable proposition, you may believe whatever you wish. Note that in the wave language we would not likely even ask if the reflected wave is the same as the incident wave.
人们不常承认谈论光还有第三种语言，那就是“谁在乎光是什么”。语言。这是几何光学或射线光学光的本质根本没有地址。虚构的射线被想象成光所携带的能量沿其传输的路径，这些路径根据简单的几何定律弯曲和分叉。
但是哪种语言更有用呢?在写给《美国物理学杂志》的一封信中，M. Psi-mopoulos和T. Theocharis提出了这样一个反问:“(i)光的粒子或光子方面，以及(ii)光的波方面，产生了哪些新发现?答:(i)我们不知道有任何;(ii)全息术、激光、强度干涉测量法、相位共轭法。”在这个列表中，我们添加了雷达，所有的干涉测量学，这是许多测量科学的基础，以及干涉滤波器，它们有很多应用。这些作者的观点是极端的，但他们也引用了激光激射器和激光先驱查尔斯·汤斯(Charles Townes)更为慎重的言论:“物理学家们在某种程度上被物理学世界对光的光子特性而不是相干方面的强调所转移。”也就是说，光子语言在物理学家中是更流行的语言，就像法语在俄罗斯帝国宫廷中是流行的语言一样。当从丛林中冲出“ons”(电子、正电子、中子、介子等等)、射击它们并将它们的填充头挂在实验室墙上的奖励开始颁发时，搜寻工作开始了，直到超导超级对撞机的消亡才减慢了速度。
虽然波语言无疑已经并将继续是更富有成果的发明，但光子语言可能更令人宽慰，因为光子可以化身，想象成我们可以踢或被踢的物体。贯穿整个空间的波不那么容易体现出来。我们可以很容易地把光子想象成一个物体。然而，电磁波和光子一样，都拥有能量和动量(线性和角动量)，但似乎没有质量。
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