學(xué)過高中物理的讀者可能都知道，量子力學(xué)告訴我們，光同時具有粒子性和波性，但我們看到的要么是波，要么是粒子。電子顯微鏡就利用了波粒二象性來顯示樣品的結(jié)構(gòu)，電子的波長很短，可以用來觀察更小的樣品。在愛因斯坦時代，科學(xué)家就一直在努力，設(shè)法同時、直接看到光這兩方面的性質(zhì)。最近，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）的科學(xué)家成功拍攝出有史以來第一張光同時表現(xiàn)出波粒二象性的照片。這一突破性成果發(fā)表在3月2日的《自然·通訊》雜志上。這一成果為量子計算機開辟了新途徑。

瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院科學(xué)家拍攝的有史以來第一張光既像波，

同時又像粒子流的照片。2015 EPFL

此前一條裙子顏色的“二象性”引起網(wǎng)友熱議

　　當(dāng)紫外光照在金屬表面時，會造成發(fā)射電子的現(xiàn)象。愛因斯坦將此解釋為入射光的“光電效應(yīng)”，推動了量子力學(xué)的誕生，他因此獲頒1921年諾貝爾物理學(xué)獎。

光電效應(yīng)示意圖：來自左上方的光子沖撞到金屬表面，

將電子逐出金屬表面，并且向右上方移去。

　　光被認(rèn)為既是一種波，也是一束粒子流。EPFL的一個由法布里奧·卡彭領(lǐng)導(dǎo)的研究小組進行了一次“聰明的”反向?qū)嶒灒河秒娮觼斫o光拍照，終于捕獲了有史以來第一張光既像波，同時又像粒子流的照片。

激光給納米線上的帶電粒子增加了能量

　　實驗設(shè)置大致為：發(fā)出一束激光脈沖照射微細(xì)的金屬納米線。激光給納米線上的帶電粒子增加了能量，使它們振動起來。光沿著這條微細(xì)納米線以兩個可能的方向傳播，就像高速路上的車輛。當(dāng)波以相反的方向傳播，互相碰在一起時，就會形成一種新的波，看起來像停駐在那里。在此，這種駐波成為實驗中的光源，向納米線的周圍輻射。

實驗示意圖

實驗設(shè)備就是這個家伙

　實驗中所用的技巧在于，研究人員發(fā)射了一束電子接近納米線，用這束電子來給停駐的光波拍照，當(dāng)電子和駐波在納米線上相互作用時，它們要么加快，要么減慢。用超快顯微鏡拍攝這一速度改變的位置，就能使駐波變得可見，就像光的波性指紋。

　　而這種現(xiàn)象不僅能顯示出光的波狀特性，同時也顯示了粒子特性。當(dāng)電子接近光駐波時，它們會“撞擊”光粒子，也就是光子，這會影響它們的速度，讓它們的速度更快或更慢。這種速度的變化顯示了電子和光子之間的能量“包”（量子）的交換，正是這些能量包的出現(xiàn)，顯示了納米線上的光的粒子性。

　　“這項實驗第一次證明了我們能直接拍攝量子力學(xué)現(xiàn)象及其矛盾的性質(zhì)。”法布里奧·卡彭說。此外，這項開創(chuàng)性研究的重要性在于它能把基礎(chǔ)科學(xué)拓展到未來技術(shù)上。“能在納米尺度拍攝并控制類似這種量子現(xiàn)象，也為量子計算機開辟了新途徑。”