光（子）到底是電磁波還是概率波？電磁波的波函數和概率波的波函數有啥聯繫？

01-05

剛學量子力學滿臉懵逼...求教大神

嚴格的來講，最原始的量子力學是不包含場的量子化的，傳統的量子力學處理電磁波問題依舊是把電磁波當成經典場處理，把vector potential A引入薛定諤方程來處理。如果要處理光子的性質等等一系列東西，需要引入場的量子化也就是1927狄拉克的二次量子化論文來處理這個問題。具體的隨便翻開一本場論書一定會有，一些高量也會將輻射的量子化，在那裡才能體現出真正電磁波量子性質的來源。

光是電磁波，所有電磁波的傳播載體都是光子，包括可見光、長波、短波、微波、X光、Gamma射線等等。光子具有波動性，可以用概率波來解釋。電磁波的波動性來源於光子的波動性。對於宏觀可見的光或者電磁波來說，如果光或者電磁波的頻率、相位很純，相干性很好，就會有大量的光子具有相同的波函數，得到的效果就跟麥克斯韋方程組一樣了。

光子和經典理論的主要區別在於光子攜帶的能量是一份一份的，相互作用的時候，能量必須一整份一整份的吸收。單個光子攜帶的能量與頻率成正比，對於低頻率的電磁波來說，相同能量的電磁波是靠大量的光子傳播的，因此一份一份的量子效應並不明顯；而對高頻率的電磁波來說，一份一份的效果就很顯著，所以會觀測到光電效應這樣的效果。

光子、電磁波、概率波的關係如下：

電磁波是經典場（classical field），不是概率波，在量子力學中尚未量子化。
概率波就是波函數，波函數是量子態|&>在坐標空間的投影。
量子場論中，電磁場用矢量勢 $A_{mu}$ 表示。我們把 $A_{mu}$ 作為場算符（0質量矢量場），滿足正則對易關係。它可以分為兩部分——產生算符和湮滅算符，作用於真空|0&>，得到特定四動量、極化的量子態，這是我們所說的光子。

光的本質就是可見光頻率的光子流，在真空中以光速 $c$ 傳播，與其他微觀粒子一樣具有波粒二象性。從這個意義上講，光是一種概率波。當光的粒子數密度極高，且探測儀器分辨本領遠低於一個光子的能量時，則可以看做是經典電磁波，其傳播遵循 Maxwell 方程組。

光子是一種基本粒子，是傳遞電磁相互作用的玻色子。（如圖）

發光的種類有很多。比如說：原子、分子由高能級躍遷至低能級往往會向外發射光子；熱輻射本質也是電磁輻射，一切不是絕對零度的物質都會向外熱輻射；螢火蟲通過化學反應發射光子。

根據量子場論，光子是電磁場量子化之後的直接結果。光的粒子性揭示了電磁場作為一種物質，是與分子、原子一樣，是由更基本的結構組成的。而在經典的電動力學理論中，是沒有「光子」的概念的。

關於 Maxwell 經典電磁場理論如何與光子學說統一起來，這裡有一個知乎問題可供參考：如何從量子光學出發，給出波動光學中經典電磁波的電、磁場分量，以及光強等概念的量子對應？ - 知乎

光子既是電磁波，也是概率波。因為電磁波也是概率波。最終就落到概率波這一點上。

要理解這個，剛學量子力學的話，還很困難。

要學到量子場論，從量子場論，推導出麥克斯韋方程，才能真正理解這一點。

因為電磁波是從麥克斯韋方程推導出來的結果。

量子場論是量子力學的發展，物理基礎還是建立在概念波的基礎之上，只是數學處理上和量子力學有很大區別，但在物理上沒有本質的區別，都是概率波的概念。

我們之所以說「光是電磁波」，是因為Maxwell方程是一個波動方程，其解為波的形式。我認為在經典意義上Maxwell方程給出了光的本質。

「光子是概率波」這句話不是很準確。量子力學是用來處理物質處於什麼狀態的，比如薛定諤方程就是量子態演化方程。給定一個系統，我們可以寫出哈密頓量，解出量子態(即波函數)，從而得到系統可觀測量。光子的波函數(如果有的話)給出了光子的狀態演化信息，但這顯然和Maxwell方程不同，它不能回答光子的本質是什麼。光子在量子力學課程中應該視為一種模型。而電磁場本身在量子力學課程里沒有得到處理，都是作為粒子的勢場直接寫進哈密頓量里求解，比如推導塞曼效應。

我個人認為，在量子理論里對應與經典理論中「光是Maxwell方程的電磁波解」這種本質理解的應該是「光子是自旋為1的場的費曼傳播子」。

沒說電磁波跟概率波犯嗆吧，你把他當成是個可以當概率波算的電磁波就好了…再說了，概率波是性質，電磁波是本質，沒毛病啊…

量子力學認為物質是沒有確定位置，宏觀上其位置是對幾率波函數的平均值。光的波動性的典型實驗就是衍射，而衍射現象是可以通過量子力學建模得到：光子帶有概率的不確定性表現。題主所問的「概率波」應該是指這吧……

光是電磁波，光量子化後成為光子，光子有自己的機率波，而這個機率波跟原本的電磁波是不同的，可以說基本沒直接關係

我的理解是，首先光是電磁場的波動，所以是電磁波，但是光量子的傳播，也就是這種波動是用概率波函數描述的。所以都是。