2016年，維也納大學和洛克菲勒大學的科學家在《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，我們人眼看到的光都是由粒子組成的，組成光的粒子就叫著光子。與組成物質的原子、電子、夸克等微觀粒子不同，光子沒有靜止質量，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，就相當于在全黑的情況下，在北京看到紐約一盞3W的節(jié)能燈，當然，有一個假設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，通常基于光電效應來探測光子，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行放大；這個電子經過雪崩效應或者級聯(lián)效應產生很多個電子，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胞把光子轉換為電信號，再通過神經元傳遞到大腦中樞，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，同時產生兩個相互關聯(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多次實驗觀測結果，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)自己的實驗結果宣稱人類可以直接看到單光子。

來自量子光學界大牛的批評

2016年NC文章發(fā)表后，量子光學界的大牛，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論是沒有依據(jù)的，理由如下：

（1）文章內數(shù)據(jù)自相矛盾；

（2）統(tǒng)計方法不對；

（3）數(shù)據(jù)量不夠。

MIT技術評論也專門寫文章討論了這件事情，不過最后的結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組的實驗結果。

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，因為他們也在做類似的研究；不過也正因為他們也在做類似的研究，所以他們的批評意見是否客觀就有一定的疑問了。

小結

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論。

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