如何获得单个光子(神奇的光子)
光子是我们宇宙最重要的一种东西,也是人类最重要的一种宝贝。没有光子,我们的世界将一片漆黑,我们所有对宇宙的认识都将化为乌有。科学家们很早就对光子进行了研究,对光子本质和特性的了解,引领着人类的前行。
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。
光量子的概念是1905年由爱因斯坦提出。
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。
爱因斯坦预言玻色-爱因斯坦凝聚态的存在,就是在特定的温度条件下,一些原子会“凝聚”到同一状态。光子也具有这种性质。这个预言已经被科学家的试验所证实。
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。
但有些科学家认为,光子可能有静止质量,如果实验能够最终检测到光子的静止质量,一些经典理论将要改写。
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。
这些对光速描述都是经过无数次实验和计算得到的,光速理论正在被一个个科学发现所证实,正在运用到造福人类的一个个发明创造中,检验着其正确性和精确性。
因此光子是宇宙中最重要的存在,可以说没有光子就没有宇宙,就没有我们所了解的这个世界。
而宇宙造物主(规律)创造出了人类这个对光子敏感的观测者,正是利用光子的特性和它运动的表现形式,人类才能够对宇宙的了解越来越深刻。
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