2016年，維也納大學(xué)和洛克菲勒大學(xué)的科學(xué)家在《Nature Communications》發(fā)表了一篇研究論文，聲稱他們證明了人能夠直接看到單個光子，但是量子光學(xué)界的一個大牛立馬站出來說他們的研究數(shù)據(jù)并不能證明人能夠直接看到單個光子。

這到底是怎么回事呢？人真的能夠直接看到單個光子嗎？要想回答這個問題，我們首先要搞懂如下兩個問題：

（1）什么是光子？

（2）如何觀測到單光子？

什么是光子？

通俗來講，我們?nèi)搜劭吹降墓舛际怯?span id="cgl4zkr" class="wpcom_tag_link">粒子組成的，組成光的粒子就叫著光子。與組成物質(zhì)的原子、電子、夸克等微觀粒子不同，光子沒有靜止質(zhì)量，不能再分，光子是組成光最基本的粒子。

單個光子的能量非常小，可見光波段的單光子能量在10^(-19)焦耳量級，很多人可能對這個沒有概念，舉一個簡單的例子來說，一個人如果能夠看到單個光子，就相當(dāng)于在全黑的情況下，在北京看到紐約一盞3W的節(jié)能燈，當(dāng)然，有一個假設(shè)是光子會沿著地球表面走。

即便是伸手不見五指的黑夜，也會有光子，這就是紅外觀測儀在夜間也能看到物體的原因，所有的物體無時(shí)無刻都在發(fā)光。

如何觀測到單光子？

既然單光子的能量這么弱，如何觀測到單光子呢？

目前最常用的工具是單光子探測器，通?；诠怆娦?yīng)來探測光子，即一個光子照射到一種材料上可以激發(fā)出一個電子，單個電子組成的電信號是很難被觀測到的，于是就需要對電信號進(jìn)行放大；這個電子經(jīng)過雪崩效應(yīng)或者級聯(lián)效應(yīng)產(chǎn)生很多個電子，從而變成可以被觀測到的電信號。

人眼觀測到單光子也是類似的過程，通過位于人眼周圍的一種對弱光非常敏感的細(xì)胞把光子轉(zhuǎn)換為電信號，再通過神經(jīng)元傳遞到大腦中樞，通過大腦中樞來解析人眼看到的信號。

如何證明人眼看到了單個光子？

早在1942年，就有人證明了人眼是可以看到5-7個光子的，2016年NC文章就是用量子光源來證明了人眼是可以看到單個光子的。

他們的具體思路就是通過一種非線性過程，同時(shí)產(chǎn)生兩個相互關(guān)聯(lián)的光子，通過單光子探測器探測其中的一個光子，可以知道在另一個方向也有一個光子，把這個光子入射到人眼中去，來探測人是否能夠看到這個光子。

他們通過2000多次實(shí)驗(yàn)觀測結(jié)果，以稍微超過50%正確的概率（51.6%，不確定度有1.0%）觀測到了光子，于是他們就根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果宣稱人類可以直接看到單光子。

來自量子光學(xué)界大牛的批評

2016年NC文章發(fā)表后，量子光學(xué)界的大牛，Paul G. Kwait專門寫文章列出了三條理由說明人能夠直接觀測到單光子的結(jié)論是沒有依據(jù)的，理由如下：

（1）文章內(nèi)數(shù)據(jù)自相矛盾；

（2）統(tǒng)計(jì)方法不對；

（3）數(shù)據(jù)量不夠。

MIT技術(shù)評論也專門寫文章討論了這件事情，不過最后的結(jié)論依然是公說公有理婆說婆有理，人類是否能夠觀測到單個光子仍然沒有定論。

不過目前可以肯定的是，目前人類是能夠直接觀測到3個光子的，這是大牛Kwait組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

這也是為什么在2016年NC文章出來以后，他們能夠很快寫出批評文章的原因，因?yàn)樗麄円苍谧鲱愃频难芯?；不過也正因?yàn)樗麄円苍谧鲱愃频难芯浚运麄兊呐u意見是否客觀就有一定的疑問了。

小結(jié)

對于人類是否能夠直接觀測到單個光子？目前仍然沒有確切的結(jié)論。

關(guān)于這方面的研究仍然在繼續(xù)，希望在不久的將來，我國的量子科學(xué)家能夠在這方面做出貢獻(xiàn)。