光子是不是一种实体粒子?为什么现有技术不能储存光子?

  • 小编 发布于 2019-11-22 08:25:50
  • 栏目:科技
  • 来源:科学书屋
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光子(Photon)是一种基本粒子,是电磁辐射的量子。在量子场论里是负责传递电磁力的力载子。

这种作用力的效应在微观层次或宏观层次都可以很容易地观察到,因为光子的静止质量为零,它可以移动至很远距离,这也意味着它在真空中的传播速度是光速。如同其它微观粒子,光子具有波粒二象性,能够展现出波动性与粒子性。

光子是不是一种实体粒子?为什么现有技术不能储存光子?


严肃地说,如果我们把储存光子定义为把光子(而不是光能)限定在一定范围内,需要的时候仍然可以原样放出的话,为什么我们不能储存光子呢?

收集光子特别容易,(打开手电筒,对准瓶子。这时你就有了一满瓶光子拉!)唯一的难点就在如何储存。

因为你也发现了,当你关掉手电筒的时候,你辛辛苦苦收集的一瓶子光子都不见了!这是因为光子不能静止,所以它要一直的到处乱跑。初中以上学历的同学们应该知道,光路是可逆的,所以说你收集的光子事实上一直在跑出去,你瓶子里的光子永远是新的光子。

这时候可能有人就开动自己的脑袋了,脑洞一开就发现:诶我要是把瓶盖盖起来不就行了?你太机智了!我给你满分!

那么问题又来了,为什么我再打开瓶盖就啥都没了?这个是个很关键的问题,因为所有的材料都会吸收光,也就是说在你关上瓶盖的时候,你收集的光子都被瓶子本身吃了。


光子是不是一种实体粒子?为什么现有技术不能储存光子?



光子不应该仅仅视作一种粒子来理解,因为具有波粒二象性,所以不要忽视光子还具有波动性这一性质,二者不可一分为二。

对于光子为什么不能收集到一个瓶子里,可以理解为光为什么不能收集到一个瓶子里?我认为有以下困难:

1、光子具有辐射性。辐射指的是能量以波或是次原子粒子移动的型态,在真空或介质中传送,也就是说光子自身因为不断向外界辐射被吸收,参考黑纸吸热。但是请注意光子寿命稳定,没有半衰期,这个要注意。

2、光子在静止状态下静止质量为0。光子不是一种实体粒子。

3、光子的速度很大,真空中为光速。

4、光是一种电磁波,那么就有波的性质:反射,折射,干涉,衍射。其中衍射是说可以波波可以绕过障碍物继续传播,参考声音,声音是一种波,隔墙有耳就是说衍射,把声音关在一个瓶子里的难度可想而知。

常见的各种物质粒子之所以能被装进瓶子里,是因为这些粒子的粒子数是守恒的。具体而言,在粒子物理中,轻子数守恒和电荷守恒联合保证了电子数在通常情况下是守恒的。重子数守恒保证了质子和中子数的总和也是守恒的。也就是说,在能量没有达到高能物理实验的标准前,无论你怎么折腾这一团物质,其中的电子数和质子加中子数的和都是各自不变的。

但是光子就不一样了。没有任何守恒律去保证光子的总数不变。任何带电粒子都可以吸收或者放出一个光子。不带电的粒子甚至也可以通过自身的磁矩或电偶极矩与光子反应。你既然无法保证光子数不变,而光子又太容易与其他粒子反应了,你当然存不住光子。


光子是不是一种实体粒子?为什么现有技术不能储存光子?



总结:光子不是一种实体粒子,现有技术还不能储存光子!

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