1951年的时候爱因斯坦曾经说过:“整整50年的时间思考,但我还是没有接近'光子是什么'这个问题的答案。”我们知道,正是爱因斯坦的光子说使光电效应得到完美的解释,因而成为光子的发现者,但这个伟大的发现者也不知道光子到底是什么。可见题主的问题有多难。
那现在人们有很好的答案了么?仍然没有。“我们今天对于光子的无知和52年前爱因斯坦说的差不多。”——2003年量子光学家A.Zajonc说。
目前对于光子的理论模型有很多,粒子模型、光源子模型、奇点模型、波包模型、波粒二象性模型、量子电动力学模型(QED)等等。但是结论对于光子的本性问题仍然没有解决。
具体的理论介绍不过多阐述了,但有几点误区是可以在这里说一下:
1、光的速度并不是30万公里每秒这么规整,光在真空中的速度是299792458m/s,我们通常说的30万公里每秒是一个近似值,这个数值的来源就是实验测量,没有那么完美,因此不要强加附和传奇色彩。
2、光子理论上就是个粒子,粒子有别与刚性球体,不能测量固定的长度大小,就类似于数学上的点。因此就目前的理论来说,光子的大小是没有意义的,光子就是一个不能分割的点。(图示中的圆形只是为了方便理解,并不是光子真正的形状)
3、光子的静质量为0,但因为其高速运动,根据E=mc²,运动的光子是具备能量的(即存在动质量)。
4、光速恒定并不是单纯指光的最大速度为299792458m/s(真空),光速恒定原理指的是无论运动者相对光源如何运动,其观测的光速都是299792458m/s(真空)。正是这个有悖常识的光速恒定,才有了后来的相对论。
科学的基本观念本质上大都很简单,通常都可以用人人皆知的语言来表达。——爱因斯坦
光子是一种量子,因此它的正式名称叫光量子,表达式为E=mc2=hν。科学界对光子的研究已经很深了,可以说,如果没有对光子性质的研究,就没有现代物理学理论的建立,一切都要推倒重来。
光子是一种规范玻色子,是电磁辐射的载体,是传递电磁相互作用的基本粒子。光子以光速运动,在真空中的传播速度为每秒接近30万公里,光子具有能量、动量、质量。但光子无法静止,所以没有静止质量。
光子的质量是相对论质量,公式为:按照质能方程,E=mc2=hν,求出m=hν/c2。计算方法为:由于频率为v的光子的能量为E=hv,(其中h为普朗克常数),故由质能公式可得其质量为:m=E/c2=hv/c2其中c2表示光速的平方,这个方法由爱因斯坦首先提出。
因此,科学界对光量子得出了如下性质:光子有速度、能量、动量、质量,有凝聚。光子不可能静止。光子可以变成其它物质(如一对正负电子),但能量守恒、动量守恒。
以上就是近百年来人类对光子研究的成果。至于光子是个什么模样,凭目前人类的能力还没有办法直观的“看到”,只能描述,它就是一个很小很小的粒子,这个粒子的体积可能为0或接近0,它具有波粒二象性,既可以一粒一粒的发出,又会发生衍射,以波的方式发出。
我国的华中科技大学罗俊完成了一项实验,将光子静止质量上限较之前已知的质量上限提高了1/20,得出了在任何情况下,光子的静止质量都不会超过10^-54公斤的结论。
如果光子真的存在静止质量,虽然短期不会影响到人们的日常生活,但其产生的后果将是根本性的,这个世界光速是不是极限速度都要重新考量。
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可以说,由于光的传播机制没有搞透彻,现有的光子是朦胧的,带有明显的唯心主义色彩。
有权威说,光子是电磁波的传播子或载体,这是胡扯,因为光子本来是作为光波成份的一个量子。怎么能搞概念循环呢?违背同一律。
有权威说,光子有动质量没有静质量,这也是胡扯,因为光是一种物质,有能量就必有质量,不存在没有质量的能量,物质是质量与能量的统一体。
那么光子究竟是什么呢?首先搞清电磁波的产生机制,然后考虑电子湮灭,最后可得光子的精准概念。
电磁波的发生机制:当核外电子,受到外加电磁震荡的作用,其绕轨电子云运动急剧加速,形成一个混乱的复式谐振子。
该谐振子推压并激发附近的真空涟漪(本来以光速作无序运动),这些承载着电磁振荡能的真空涟漪,以多米诺骨牌效应的方式,一波一波向外向远发散开来。因此,电磁波的本质是高能密的真空涟漪。
正负电子湮灭反应:±e+Q→±γ+2*0.505MeV。即:正负两个电子,当吸纳足够的能量Q后,会从椭球状电子,降维展开,变成波带态的光子,同时释放两个内秉的自旋角动能。
不难推导,一个电子有6.4亿个高能密的真空涟漪子,从反应方程式可见,一个光子也有6.4亿个高能涟漪子。
根据宇宙微波背景辐射,1个基态能密的真空涟漪子的质量m0=1.26e-39kg,1个在电子内部的高能真空涟漪子的质量m'=1.42e-39kg。
可推:一个光子至少有6.4亿个高能密真空涟漪子,其质量Σm'=6.4e8×1.42e-39=9.1e-31kg,因此1个光子的最低质量就是电子内秉的质量。
附及:万有引力来自粒子的自旋角动量或自旋角动能,1个引力子的质量m0=1个基态真空涟漪子=1.26e-39kg,其波长是λ0=7.35cm。
综上:光子是电子轨道加速运动推压6.4亿个真空涟漪集体物质波的一个波长,其基态质量视同电子的质量9.1e-31kg。
光子是基本粒子,是电磁场的量子,是传递电磁相互作用的媒介子。但是,它的运动特征和实物粒子,例如电子运动特征完全不同。因为,实物粒子有不同的运动速度并且有静止质量,而光子的运动速度永远是C,并且没有静止质量。爱因斯坦根据光速不变的原理和狭义相对性原理而创立了《狭义相对论》,狭义相对伦里有个著名的质能关系式,E=mC2。这也是原子核能的计算公式。这个公式把能量与质量的关系联系了起来。爱因斯坦的狭义相对论指出:"任何实物粒子的速度不可能超过光速,光速是实物粒子运动速度的极限。”我认为:从哲学的角度上去思考和判断,光子是介于物质和空间的桥梁,是物质转化空间的桥梁,是无中生有的桥梁。物质一一光一一空间。空间一一光一一物质。这也正如老子的《道德经》所说:”道可道,非常道。名可名,非常名。无为天地之始,有为万物之母……。”现代物理学研究证明:基本实物粒子电子和它的反粒子正电子相遇会发生湮灭现象并且产生光子。光子到底是什么?我认为:光子就是我国古代哲学《易经》里所说的太极。光子就是太极,是物质世界微观层次的极限。宇宙中的实物粒子不是无限可分的,从分子到原子,再到原子核和电子,从原子核可分为中子和质子,中子和质子又可分为夸克,组成物质的基本粒子可以无限地分割下去吗?有沒有极限?如果有,它的极限粒子是什么?我认为:物质在微观层面的分割是有限的。这个极限就是光子。光子是宇宙的极限,是联系宏观世界和微观世界的桥梁。光子是信息和能量的载体。这就是我的《光子极限论》。
光是能量,不是物质,它是一种电磁波,也就是特殊物质电磁场在空间的运动而具有的能。
众所周知,煤炭燃烧会发光,煤炭燃烧时,炭原子和氧原子相互靠近,碳原子失去电子而变成正离子,氧原子得到电子而变成负离子,正负离子相互吸引形成二氧化碳分子时,正负离子速度越来越快,带动周围的电场运动,变化的电场周围又产生变化的磁场,变化的磁场远处又产生变化的电场……,这样变化的电磁场传到远处就是光。
由此可见,煤炭燃烧发光时,实质上是电磁场的运动而具有的能,而不是什么光子。原子核裂变和聚变反应发光时,也是电磁场由近及远的运动而具有的能,根本不是什么光子。
那么光子是什么呢?,光子是人们为了研究量子力学的方便,虚拟和假设出的一种质量为零的粒子流,实际并不存在,但在研究量子力学时起到了很大的作用。
光子的定义需要从这个概念的起源说起。十九世纪末牛顿物理学在证明黑体辐射公式时陷入危机,分别出现两个适合于高频和低频辐射的互不吻合的公式,而如何将两者统一起来成为一个困扰物理学家的难题。这时,普郎克通过一个突破性的假设解决了这个难题,就是将黑体辐射的能量假设为一个一个的能量包,表示为hv,这个能量包就是后来所说的光子。
波尔发展了这个概念,在原子的电子轨道学说中,认为电子在不同能级之间跃迁的能量只差即为普郎克的光子hv。其中,h是普郎克系数,v是频率,按照这个定义光子与质量无关。
证明光子出来具有波动性之外,还具有质量的概念来自于爱因斯坦提出的质能公式E=mc2=hv。中国科学家的一项实验证明光子的质量必定小于10的-48方千克,或者说是一个电子质量的10的24次方之一。
因此光子具有波粒二相性,波尔进一步指出两个概念之间是互补的,因为我们无法同时对一个光子的波动性和粒子性进行检测,由此得出所谓的测不准原理。
对光子是什么的猜测只能是个猜测,无法证明,也不能动摇现有的理论体系。
光子是什么东西?
时空统一的存在分为形而上与形而下两种形式。形而上者为道,形而下者是器。道表现为虚无的气象,器则体现为实在的物质。而虚无与实在的表现则是通过光的作用体现出来的,因此光子究竟是什么东西还是需要搞清楚的!
本人认为光子就是不同层次结构量能最基础的物质粒子显象,其象为“⊙”形态,呈虚实二性,为体用合一的基本存在现象。其中心点“.”为质的体现,○为用(晕),为电磁,既能使最小粒子光子本体亮象,又以光照亮外在万物使其现象,没有光的存在则万物存在就是一句空话,故而光子就自然形成为体用合一的基础物质粒子,名之为光亮(量)子。为气在天的表现方式!为阳,其与在地之气(为阴)相交,即光气阴阳相交则生成自然界的万物。
另外由于光子“⊙”的中心点“.”实体与其周围晕○的体量相差极大,所以我们人类观察到的光子只能是一个无形的“○”态,因此在其高速运动的情况下,我们只能凭其光的移动测量到它的速度,而无法捕捉到其内在体的质量!所以大多数人认为它是一种虚无的存在现象,而无质量。
简而言之光子实质是构成宇宙的本源物质~“气”运动到一定阶段,在虚实,或有无交界点上形成的一种特殊质能存在表现!是集体用,虚实为一体的特殊存在!但根本上还应该把它当作时空最基础的物质粒子来对待。
以上是本人多年痴迷传统文化的体悟表述,有一定的臆想成份和推理因素,错误之处欢迎高人斧正!