光子与物质作用

Question

既然光是一种电磁波，当光作用在物体上，原子中的电子肯定要受到电磁波的作用，但电子的跃迁为什么要吸收一定的波长的光，如果光波的能量过大，可不可以部分吸收该光波的能量，既光波的波长变长？光子与电子的作用是怎么一个过程？

Answer 1

首先先要清楚光的波粒二象性：光具有波动性，也具有粒子性。波动性主要体现在光的量积累到一定程度时行为服从波动方程的描述。粒子性主要体现在光子能量的量子化即：E=hf。h是普朗克常数，f是光子的频率；以及光子传播过程中满足动量守恒。
电子跃迁只能吸收特定波长的光，是因为电子能级是量子化的，能级之间的差是定值，所以只有特定波长的光子会被电子吸收。你说的第二种现象也存在，即历史上一个很著名的实验：康普顿散射。光子与电子发生碰撞时，动量会发生改变，进而波长发生改变。
注意光子与电子的作用主要体现的是光的粒子性。光虽然是电磁波，但在量子力学中只能称为概率波，主要反映的是大量光子的统计特性。光子与电子的作用并不能用电磁理论解释。
还要注意一点，实验证明单个光子会发生干涉。所以虽然光子的波动性大多体现在群体行为上，但波动性是光子本身的性质。这也是光波粒二象性的由来。
具体原理及推导可参见任意量子力学教材。