光子

我们通常把光想象成一种平滑的波，像池塘上扩散的涟漪。但如果你把台灯的调光旋钮一直往下拧，光并不会渐渐淡成完全平滑的微光；最终它会以一粒一粒微小而分立的闪光抵达，一次一个不可再分的小块。每一个这种最小的光块就叫光子。光同时既是波、又是这些粒子的雨——物理学家花了很长时间、经历了一场叫量子力学的革命才接受这个事实。

光子是电磁能量的一份小包，或者说一个量子。它没有质量，永远以光速行进，而它携带的能量只取决于它的频率，由普朗克关系式 E = h·f 给出，其中 h 是一个自然界的固定数，叫普朗克常数。所以一个蓝光光子携带的能量多于红光光子，紫外光子又多于蓝光光子，而单个伽马射线光子携带的能量可以抵得上数十亿个无线电光子。亮度只是每秒抵达的光子数目；颜色（或波段）则是每个光子携带的能量。

光子之所以重要，是因为它们正是我们探测器实际在数的东西。数码相机、你的眼睛、巨型望远镜的传感器，全都是靠吸收一个个光子、把每一个登记下来而工作的。对于极远或极暗的天体，望远镜可能每小时只收到寥寥几个光子，这正是为什么需要大镜面和长曝光：面积越大、时间越长，捕到的光子就越多。光的粒子本性还给每一次测量设定了一个根本的噪声底限，因为数一小批随机到来的事件本身就带有不确定性。