光子

我們通常把光想像成一種平滑的波，像池塘上擴散的漣漪。但如果你把檯燈的調光旋鈕一直往下擰，光並不會漸漸淡成完全平滑的微光；最終它會以一粒一粒微小而分立的閃光抵達，一次一個不可再分的小塊。每一個這種最小的光塊就叫光子。光同時既是波、又是這些粒子的雨——物理學家花了很長時間、經歷了一場叫量子力學的革命才接受這個事實。

光子是電磁能量的一份小包，或者說一個量子。它沒有質量，永遠以光速行進，而它攜帶的能量只取決於它的頻率，由普朗克關係式 E = h·f 給出，其中 h 是一個自然界的固定數，叫普朗克常數。所以一個藍光光子攜帶的能量多於紅光光子，紫外光子又多於藍光光子，而單個伽馬射線光子攜帶的能量可以抵得上數十億個無線電光子。亮度只是每秒抵達的光子數目；顏色（或波段）則是每個光子攜帶的能量。

光子之所以重要，是因為它們正是我們探測器實際在數的東西。數碼相機、你的眼睛、巨型望遠鏡的傳感器，全都是靠吸收一個個光子、把每一個登記下來而工作的。對於極遠或極暗的天體，望遠鏡可能每小時只收到寥寥幾個光子，這正是為什麼需要大鏡面和長曝光：面積越大、時間越長，捕到的光子就越多。光的粒子本性還給每一次測量設定了一個根本的噪聲底限，因為數一小批隨機到來的事件本身就帶有不確定性。