光子這一概念的物理圖像如何描述？

01-12

一直以來對於光子這一概念總是讓我感到很困惑，雖然可以從概念上對其進行推導和描述，但是總是沒有辦法對所謂光子形成一個具體的物理圖像，沒有辦法理解光子在空間中到底是以怎樣的狀態存在和運動的。

的確很難描述，因為不確定原理，你無法描述一個具有確定頻率（波長）的光子在空間中的形態；

總的來說，光都是以波包的形式發射出來的，這個波包在空間上的延展是有限的，因此也叫波列；在空間上的延展也是有限的，因此可以叫做脈衝；波包做傅立葉變換可以分解成不同頻率的無限長的平面波，這些平面波就是不同頻率的光子，波的振幅就反映光子的個數。

光子的價值在於，這列光波在和電子作用時，一定是按照光子能量一份一份吸收（轉移）的；而且這列波存在粒子性的動量。

實際上我們現在知道，二次量子化後，波就是粒子（算符），粒子（波函數）就是波。有波長就有動量，粒子都是一份一份創造和湮滅的。因此光波被看作光子並不奇怪。

補充：光子的個數和場的相位測量具有不確定性，因此甚至都不能嚴格指定波包中光子的數目。在這方面我很慚愧沒有深入理解（並不是做量子光學的），，我相信中科大的潘建偉教授的一些教材能解答提問者的疑問。

（謝邀。）

我想題主應該想問單個光子在空間中是什麼樣的。這大概相當於問單光子的波函數是什麼。

不過似乎光子波函數是個有爭議的概念，通常量子力學的波函數無法用到光子身上。比如因為光子總是在跑，所以其沒有well-defined的位置本徵態，這樣其單粒子態在位置表象怎麼表示（即波函數）就是個問題。而且因為光子數不守恆，你需要定義的是自由光子的波函數。但是觀測儀器探測的都是和儀器（中的電子）相互作用的光子，這時必然有光子的發射和吸收，而不再是單光子態。

但是從操作上，局域化的單光子波包又是實際存在的。我不是很了解，或許量子光學專家回答比較合適。

您的問題中，根據量子物理的描述，「到底」2個字是無意義的，只能根據您的觀測手段來描述光子的狀態、運動等物理信息。不存在絕對的客觀現實，我測故我在。