延续千年之问：光是什么？(3)

1923年，亚瑟·康普顿（Arthur Compton）为爱因斯坦的光量子模型提供了额外的证据。康普顿将高能光射向材料，他假设光的行为像小台球一样，最后成功地预测了碰撞出来的电子的散射角度。化学家吉尔伯特·刘易斯（Gilbert Lewis）给这些小球起了个名字。在他1926年投给《自然》杂志的一篇文章中，他首次称它们为“光子”。
近年来，科学家思考光子的方式也一直在不断演变。
举例来说，光子现在被称为规范玻色子。规范玻色子是一种传递力的粒子，它能使物质粒子之间产生基本相互作用。就拿原子来说，原子核中带正电的质子与环绕它们的带负电的电子通过交换光子，产生了电磁相互作用。
另外，光子现在不仅被认为是一种粒子，一种波，还是一种激发——有点像量子场论里的波。量子场，如电磁场，是一种弥漫在空间中的能量和势。物理学家认为每一个粒子都是相应量子场的激发。（参见《粒子到底是什么？文小刚点评 | 众妙之门》）
“我喜欢把量子场想象成一个平静的池塘表面，开始你什么也看不见。然后你扔一块鹅卵石进去，水就会弹起来一点。这就是一个粒子。”鲁伊斯说。

图源：Sandbox Studio
作为一种工具的光子
无线电波、微波、红外线、紫外线、X射线和伽马射线，所有这些都是光，也就是说它们都是由光子组成的。
光子就在你周围“上班”。它们奔波于相互连接的光纤中，传递互联网、电视和手机等各种设备的信号；塑料的升级改造少不了它们“搬砖”，它们将物体分解成可以用于组成新材料的小单元；它们也常在医院显露身手，激光会瞄准并摧毁癌变组织……还有，它们是各种科学研究的关键。
光子在宇宙学研究中是必不可少的，研究宇宙的过去、现在和未来都需要用到光子。科学家们通过检测恒星发出的电磁辐射——比如无线电波或可见光——来研究它们。天文学家对天空进行微波成像，绘制出我们的星系及邻居的太空地图；要了解被宇宙尘埃遮住的远处恒星，他们要探测从那里发出的红外光。有些天文学家要收集银河系和更遥远的地方高能天体发出的强烈信号，它们可能是以紫外线、X射线或伽马射线的形式存在。他们还能探测到微弱的信号，比如被称为宇宙微波背景的微弱的光模式，它们记录了大爆炸后几秒钟宇宙状态的信息。