相位問題（phase problem）

要重建原子在哪裡，你得把非常多的波加總起來，而每個波都需要兩樣東西：它有多大（振幅）與它相對於其他波的時序（相位）。繞射實驗忠實記錄每個反射的亮度，給出振幅——卻把時序整個丟掉。這就像有人告訴你管弦樂團每件樂器演奏得多大聲，卻從不告訴你每個音何時響起：你無法重建音樂。那失去的時序就是相位問題，也是晶體結構解析的核心障礙。

確切地說：每個反射由結構因子 F(hkl) 描述，這是一個帶有振幅與相位的複數，F = |F| e^(i phi)。電子密度由傅立葉合成還原，rho(r) = (1/V) 乘上對 hkl 的加總 F(hkl) e^(-2 pi i (hx + ky + lz))，這需要每個反射的 |F| 「和」phi。但量到的強度只給出 I 正比於 |F|^2，所以你能取出 |F| = sqrt(I)，卻得不到任何關於 phi 的資訊。令人不安的是，相位承載了大部分的結構資訊，卻根本沒被量到。

這正是解一個結構是一道貨真價實的謎題、而非自動讀出的原因。整套結構解析的技藝，就是一組還原失去相位的技巧：直接法利用強反射之間的統計關係，帕特森函數以純 |F|^2 出發、繞過相位去找重原子，而同構取代與異常散射（在同步輻射上的 MAD 法）則加入額外量測把相位釘住。要直白說明賭注：沒有相位你根本算不出電子密度圖，所以繞不過這個問題——只有穿過它的辦法。