光子能一分为二吗？

Can photons be divided into two parts?

都世民(Du Shimin)

光子不能分为两个

《科学世界》杂志今年第9期上刊登郭光灿院士一篇文章“光究竟是什么？”。在这篇文章中，第3部分的小标题是：“光子不能分为两个”。作者以美国物理学家约翰 •惠勒设计的“延时选择实验”，来说明光作为粒子时，它是不能一分为二的！结论很明确。作者认为：

“光子是光的最小粒子。因此不能再分割。”

作者把话题一转，阐述量子概念。惠勒的试验如下：将光源变为点光源，光源只发射一个光子的能量，让其穿越半透镜。这种透镜只能通过一半光能量，另一半能量被其反射。这么一来，光子能量被分为两部分。作者不认为光子分成两部分。而是其光子携带能量分成两份。问题是穿过半透镜的光子能量到底是多少呢？怎么测量？然后用普通透镜改变光子行进方向，让其抵达光子探测器。

下面有一个重要假定：如果量子力学正确！

惠勒预测两个探测器只有一个检测到光子。两个探测器探测的概率相等，都是50％。因此认为光具有粒子属性。实验证实惠勒的预测。作者认为惠勒实验证实光的粒子性。光子不能一分为二。

光子能分成两个

杨照金主编，“当代光学计量测试技术概论”一书中(国防工业出版社出版，2013年1月)，明确指出：

“光子可以分成两个相关的光子”。

双光子相关技术是激光技术和非线性光学相结合的产物，激光技术与非线性光学材料相互作用产生的。双光子相关技术在光学计量中的应用，为光辐射计量提供了一种新的溯源方法。

下面阐述光子可分的几个概念：

1. 激光与非线性光学材料相互作用发生自发参量下转换现象的产物。

2. 自发参量下转换是非线性晶体内泵浦光和量子真空噪声的综合作用产生的。

3. 入射到非线性晶体的光子是高能光子。

4. 以一定的概率自发地分裂。

5. 高能光子分裂为两个不同频率的低能光子。光子对的产生是随机的。概率是多少？不明确。

6. 分裂的两个光子，在时间和空间具有高度的相关性，又称相关光子或纠缠光子。

如上所述，光子可以分为两个相关的光子！

上面两种截然不同的说法，前提不同，结论相反。都涉及量子力学概念。

笔者不解其意，笔者认为结论应该唯一，前提条件可以不同，也就是说，在给定条件下，光子可以分为两个，不符合条件就不可分。如果半透镜把光子能量减少一半，这光子还是原来光子吗？它减去的能量上哪儿去了？能量不灭，应该对此有回答！再者试验中放第二个半透镜时，原先的光子已不是现在的状态，光速远超过试验者这一动作。因此这篇文章的说法存疑。郭先生的文章也提到量子力学概念，如何用量子力学概念解释惠勒的试验？

然而，计量测试专家的著作却先肯定光子可以一分为二。但有几个条件，这几个条件与惠勒试验有无关联，却说不清楚？因为试验的光子是不是高能光子，其量值如何给定？不清楚。其分裂概率是不是50％？如何确定这概率？至于激光与非线性光学材料在书中有详细介绍。

总之，笔者思考不能断言光子不能分为两部分，也不是所有光子都能分为两部分。

参考文献

【1】郭光灿，“光究竟是什么？”，《科学世界》2017年第9期.

【2】杨照金主编，“当代光学计量测试技术概论”，一北京：国防工业出版社，2013.1