光子

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原始稱呼是光量子(light quantum),電磁輻XX的量子,傳遞電磁相互作用的規範粒子,記為γ。其靜止質量為零,不帶電荷,其能量為普朗克常量和電磁輻XX頻率的乘積,E=hv,在真空中以光速c運行,其自旋為1,是玻色子。

目 錄1簡介

2作用

3歷史起源

4名字由來

5物理性質

6光子理論

7技術應用

8相關事件

9卡組名

1簡介 光子-內部結構模型圖

1905年,年輕的愛因斯坦發展了普朗克的量子說。他認為,電磁輻XX在本質上就是一份一份不連續的,無論是在原子發XX和吸收它們的時候,還是在傳播過程中都是這樣。愛因斯坦稱它們為「光量子」,簡稱「光子」,並用光量子說解釋了光電效應,這成為愛因斯坦獲得1921年諾貝爾物理學獎的主要理由。其後,康普頓散XX進一步證實了光的粒子性。它表明,不僅在吸收和發XX時,而且在彈性碰撞時光也具有粒子性,是既有能量又有動量的粒子。如此,光就既具有波動性(電磁波),也具有粒子性(光子),即具有波粒二象性。後來,德布羅意又將波粒二象性推廣到了所有的微觀粒子。

光子具有能量ε=hν和動量p=hν∕c,是自旋為1的玻色子。它是電磁場的量子,是傳遞電磁相互作用的傳播子。原子中的電子在發生能級躍遷時,會發XX或吸收能量等於其能級差的光子。正反粒子相遇時將發生湮滅,轉化成為幾個光子。光子本身不帶電,它的反粒子就是它自己。光子的靜止質量為零,在真空中永遠以光速c運動,而與觀察者的運動狀態無關。由於光速不變的特殊重要性,成為建立狹義相對論的兩個基本基本原理之一。[1]

2作用光子是傳遞電磁相互作用的基本粒子,是一種規範玻色子。光子是電磁輻XX的載體,而在量子場論中光子被認為是電磁相互作用的媒介子。與大多數基本粒子相比,光子的靜止質量為零,這意味著其在真空中的傳播速度是光速。與其他量子一樣,光子具有波粒二象性:光子能夠表現出經典波的折XX、干涉、衍XX等性質;而光子的粒子性則表現為和物質相互作用時不像經典的粒子那樣可以傳遞任意值的能量,光子只能傳遞量子化的能量。對可見光而言,單個光子攜帶的能量約為4×10-19焦耳,這樣大小的能量足以激發起眼睛上感光細胞的一個分子,從而引起視覺。除能量以外,光子還具有動量和偏振態,但單個光子沒有確定的動量或偏振態。

3歷史起源ε光子起源

   早在1900年,M.普朗克解釋黑體輻XX能量分佈時作出量子假設,物質振子與輻XX之間的能量交換是不連續的,一份一份的,每一份的能量為hν;1905年阿爾伯特·愛因斯坦進一步提出光波本身就不是連續的而具有粒子性,愛因斯坦稱之為光量子;1923年A.H.康普頓成功地用光量子概念解釋了X光被物質散XX時波長變化的康普頓效應,從而光量子概念被廣泛接受和應用,1926年正式命名為光子。[2]

根據計算:

中子的質量:1.674927211(84)×10^-27 千克;中子的半徑:1.11337557(48)費米;

質子的質量:1.672621637(83)×10^-27 千克;質子的半徑:1.11286448(48)費米;

電子的質量:9.10938215(45)×10^-31千克;電子的半徑:0.090880914(40)費米;

光子的質量:9.347543(38)×10^-36 千克;光子的半徑:0.0031349374(29)費米。

光子的能量:4.200577(17)×10^-19焦耳,2.621794(11)電子伏特,頻率:6.339470(26)×10^14 赫茲,波長:472.8983(20)納米,正好位於青藍色的光的波長的中心位置473.5納米附近。

當光的質量大於臨界質量時,很容易被電子所吸收或散XX;當光的質量小於臨界質量時,不太容易被電子所吸收,即很容易被電子很快發XX掉;而處於臨界質量附近的光子較容易被電子吸收,並向不同方向發XX,由此而形成靑藍色的天空[2]。

4名字由來光子起初被愛因斯坦命名為光量子 。 光子的現代英文名稱photon源於希臘文 φ(在羅馬字下寫為 光子操控

phocircs),是由美國物理化學家吉爾伯特·牛頓·路易斯[3]在他的一個假設性理論中創建的。 在路易士的理論中,photon指的是輻XX能量的最小單位,其「不能被創造也不能被毀滅」。 儘管由於這一理論與大多數實驗結果相違背而從未得到公認,photon這一名稱卻很快被很多物理學家所採用。 根據科幻小說作家、科普作家艾薩克·阿西莫夫記載, 阿瑟·康普頓于1927年首先用photon來稱呼光量子。

在物理學領域,光子通常用希臘字母γ (音:Gamma )表示,這一符號有可能來自由法國物理學家維拉德( Paul Ulrich Villard )于1900年發現的伽瑪XX線,伽瑪XX線由盧瑟福和英國物理學家安德雷德 ( Edward Andrade )于1914年證實是電磁輻XX的一種形式。 在化學和光學工程領域,光子經常被寫為h ν ,即用它的能量來表示;有時也用f來表示其頻率,即寫為h f 。

5物理性質量子電動力學確立后,確認光子是傳遞電磁相互作用的媒介粒子。帶電粒子通過發XX或吸收光子而相互作用,正反帶電粒子對可湮沒轉化為光子,它們也可以在電磁場中產生。

光子從激光的相干光束中XX出

光子是光線中攜帶能量的粒子。一個光子能量的多少正比于光波的頻率大小, 頻率越高, 能量越高。當一個光子被原子吸收時,就有一個電子獲得足夠的能量從而從內軌道躍遷到外軌道,具有電子躍遷的原子就從基態變成了激發態。

光子具有能量,也具有動量,更具有質量,按照質能方程,E=MC^2=hν,求出M=hν/C^2,

光子由於無法靜止,所以它沒有靜止質量,這兒的質量是光子的相對論質量。

根據量子場論,一對正反粒子可發生湮滅變成一對高能伽馬光子,而一對高能伽馬光子在高溫下亦可發生反應產生一對正反粒子。比如在T=10^15K的溫度下可發生光子向質子和中子等重子的轉化。

用費曼圖表示的正電子-負電子散XX(也叫做BhaBha散XX ),波浪線表示交換虛光子的過程

光子既不是粒子,也不是波。

參見: 狹義相對論

從波的角度看,光子具有兩種可能的偏振態和三個正交的波矢分量,決定了它的波長和傳播方向;從粒 光子晶體結構

子的角度看,光子靜止質量為零,電荷為零,半衰期無限長。 光子是自旋為1的規範玻色子,因而輕子數、重子數和奇異數都為零。

光子的靜止質量嚴格為零,本質上和庫侖定律嚴格的距離平方反比關係等價,如果光子靜止質量不為零,那麼庫侖定律也不是嚴格的平方反比定律。 所有有關的經典理論,如麥克斯韋方程組和電磁場的拉格朗日量都依賴於光子靜質量嚴格為零的假設。 從愛因斯坦的質能關係和光量子能量公式可粗略得到光子質量的上限:M=HV/C^2

這裡M即是光子質量的上限, V是任意電磁波的頻率,位於超低頻段的舒曼共振已知最低頻率約為7.8赫茲。

這個值僅比如今得到的廣為接受的上限值高出兩個數量級。

參見光子:規範玻色子

一節中對光子質量的討論。

光子能夠在很多自然過程中產生,例如:在分子、原子或原子核從高能級向低能級躍遷時電荷被加速的過程中會輻XX光子,粒子和反粒子湮滅時也會產生光子;在上述的時間反演過程中光子能夠被吸收,即分子、原子或原子核從低能級向高能級躍遷,粒子和反粒子對的產生。

在真空中光子的速度為光速,能量 和動量p之間關係為p=E/c; 相對論力學中靜質量為m0的粒子的能量動量關係為E^2=(pc)^2+(m0c^2)^2。

光子的能量和動量僅與光子的頻率ν有關;或者說僅與波長λ有關。從而得到光子的動量大小為 P=h/λ=hv/c

其中h也叫做狄拉克常數或約化普朗克常數, k是波矢,其大小也叫做狄拉克常數或約化普朗克常數 ,方向指向光子的傳播方向;?叫做波數 ;? 是角頻率 。 光子本身還攜帶有與其頻率無關的內稟角動量?: 自旋角動量 ?,其大小為光子本身 ,並且自旋角動量在其運動方向上的分量(這一分量在量子場論中被稱作helicity )一定為 ? ,兩種可能的值分別對應著光子的兩種圓偏振態(右旋和左旋)。

從光子的能量、動量公式可導出一個推論

粒子和其反粒子的湮滅過程一定產生至少兩個光子。 原因是在質心系下粒子和其反粒子組成的系統總動 光子火箭發動機

量為零,由於能量守恆定律,產生的光子的總動量也必須為零;由於單個光子總具有不為零的大小為 的動量,系統只能產生兩個或兩個以上的光子來滿足總動量為零。 產生光子的頻率,即它們的能量,則由能量-動量守恆定律(四維動量守恆)決定。 而從能量-動量守恆可知,粒子和反粒子湮滅的逆過程,即雙光子生成電子-反電子對的過程不可能在真空中自發產生。

光子具有波粒二象性

即說光子既具有一粒一粒的粒子的特性又有像聲波一樣的波動性。當時間為瞬時值時,光子以粒子的形式傳播;當時間為平均值時,光子以波的形式傳播。光子的波動性有光子的衍XX而證明,光子的粒子性是由光電效應證明。

上面有人認為光子的動質量為零是錯誤的,光子的靜質量為零,否則的話其動質量將為無窮大。但其動質量卻是存在的,計算方法是這樣的:首先,由於頻率為v的光子的能量為

E=hv,(其中h為普朗克常數),故由質能公式可得其質量為:m=E/c^2=hv/c^2

其中c^2表示光速的平方,該方法由愛因斯坦首先提出。

經典的波有群速度與相速度之分。

光子的速度就是光速。

6光子理論光子有速度、能量、動量、質量。光子不可能靜止。光子可以變成其它物質(如一對正負電子),但能量守恆、動量守恆。

歷史發展(按時間順序)

到十八世紀為止的大多數理論中,光被描述成由無數微小粒子組成的物質。由於微粒說不能較為容易地解釋光的折XX、衍XX和雙摺XX等現象,笛卡爾(1637年) 、胡克(1665年)和惠更斯(1678年)等人提出了光的(機械)波動理論;但在當時由於牛頓的權威影響力,光的微粒說仍然佔有主導地位。十九世紀初,托馬斯·楊和菲涅爾的實驗清晰地證實了光的干涉和衍XX特性,到1850年左右,光的波動理論已經完全被學界接受。1865年,麥克斯韋的理論預言光是一種電磁波,證實電磁波存在的實驗由赫茲在1888年完成,這似乎標志著光的微粒說的徹底終結。

然而,麥克斯韋理論下的光的電磁說並不能解釋光的所有性質。例如在經典電磁理論中,光波的能量只與波場的能量密度(光強)有關,與光波的頻率無關;但很多相關實驗,例如光電效應實驗,都表明光的能量與光強無關,而僅與頻率有關。類似的例子還有在光化學的某些反應中,只有當光照頻率超過某一閾值時反應才會發生,而在閾值以下無論如何提高光強反應都不會發生。

與此同時,由眾多物理學家進行的對於黑體輻XX長達四十多年(1860-1900)的研究因普朗克建立的假說而得到終結,普朗克提出任何系統發XX或吸收頻率為nu,的電磁波的能量總是E = hnu,的整數倍。愛因斯坦由此提出的光量子假說則能夠成功對光電效應作出解釋,愛因斯坦因此獲得1921年的諾貝爾物理學獎。愛因斯坦的理論先進性在於,在麥克斯韋的經典電磁理論中電磁場的能量是連續的,能夠具有任意大小的值,而由於物質發XX或吸收電磁波的能量是量子化的,這使得很多物理學家試圖去尋找是怎樣一種存在於物質中的約束限制了電磁波的能量只能為量子化的值;而愛因斯坦則開創性地提出電磁場的能量本身就是量子化的 。愛因斯坦並沒有質疑麥克斯韋理論的正確性,但他也指出如果將麥克斯韋理論中的經典光波場的能量集中到一個個運動互不影響的光量子上,很多類似於光電效應的實驗能夠被很好地解釋。在1909年和1916年,愛因斯坦指出如果普朗克的黑體輻XX定律成立,則電磁波的量子必須具有p=frac{lambda}的動量,以賦予它們完美的粒子性。光子的動量在1926年由康普頓在實驗中觀測到 ,康普頓也因此獲得1927年的諾貝爾獎。

愛因斯坦等人的工作證明了光子的存在,隨之而來的問題是:如何將麥克斯韋關於光的電磁理論和光量子理論統一起來呢?愛因斯坦始終未能找到統一兩者的理論,但如今這個問題的解答已經被包含在量子電動力學和其後續理論:標準模型中。

7技術應用這裡討論的是光子在當今技術中的應用,而不是泛指可在傳統光學下應用的光學儀器(如透鏡)。激光是二十世紀光學最重要的技術之一,其原理是上文討論的受激輻XX。

對單個光子的探測可用多種方法,傳統的光電倍增管利用光電效應:當有光子到達金屬板激發出電子時,所形成的光電流將被放大引起雪崩放電。電荷耦合元件(CCD)應用半導體中類似的效應,入XX的光子在一個微型電容器上激發出電子從而可被探測到。其他探測器,如蓋革計數器利用光子能夠電離氣體分子的性質,從而在導體中形成可檢測的電流。

普朗克的能量公式E=hnu經常在工程和化學中被用來計算存在光子吸收時的能量變化,以及能級躍遷時發XX光的頻率。例如在熒光燈的發XX光譜設計中會用不同能級的電子去碰撞氣體分子,直到有合適的能級能夠激發出熒光。

在某些情形下,單獨一個光子無能力激發一個能級的躍遷,而需要有兩個光子同時激發。這就提供了更高解析度的顯微技術,因為樣品只有在兩束不同顏色的光所照XX的高度重疊的部分之內才會吸收能量,而這部分的體積要比單獨一束光照XX到並引起激發的部分小很多,這種技術被應用於雙光子激發顯微鏡中。而且,應用弱光照XX能夠減小光照對樣品的影響。

有時候兩個系統的能級躍遷會發生耦合,即一個系統吸收光子,而另一個系統從中「竊取」了這部分能量並釋放出不同頻率的光子。這是熒光共振能量傳遞的基礎,被應用於測量分子間距中。

量子光學是物理光學中相對於波動光學的另一個分支。光子可能是超快的量子電腦的基本運算元素,而在這方面重點研究的對象是量子糾纏態。非線性光學是當前光學另一個活躍的領域,它研究的課題包括光纖中的非線性散XX效應、四波混頻、雙光子吸收、自相位調製、光學參量振蕩等。不過這些課題中並不都要求假設光子的存在,在建模過程中原子經常被處理為一個非線性振子。非線性效應中的自發參量下轉換經常被用來產生單光子態。最後,光子是光通信領域某些方面的關鍵因素,特別是在量子密碼學中。

8相關事件華中科技大學教授重新確定光子靜止質量上限

華中科技大學教授重新確定光子靜止質量上限,有業內人士認為:光子靜止質量為零是經典電磁理論的基本假設之一。但有些科學家則認為,光子可能有靜止質量。如果實驗最終檢測到光子存在靜止質量,那麼有些經典理論將要有所變化。

在出版的美國《物理學評論快報》(PhysicalReviewLetters) 上,有專文介紹說:「一項由中國科學家羅俊等完成的新的實驗表明,在任何情況下,光子的靜止質量都不會超過10的負54次方千克,這一結果是之前已知的光子質量上限的1/20。」羅俊和他的同事通過一種新穎的實驗方法,在一個山洞實驗室里將光子靜止質量的上限,進一步提高了至少一個數量級。

據悉,如果光子存在靜止質量,雖然不會影響到人們的日常生活,但其產生的後果將是根本性的———例如,光速將隨波長的改變而變化,並且光波將像聲波一樣能夠產生縱向振動

光子:光子是兩個光速奇子在萬有引力下盤旋耦合而成的,為光速奇子所成之外像。質量m≈9.1102x10^-31kg。

具有逃逸速度的自由奇子垂直跌入轉子黃道或紅道,被其中的聚子撞擊逃逸而出,此即為光速奇子,2個光速奇子在萬有引力下耦合成1個光子。常溫下物質運動達到某一速度,XX其中的同向自由奇子被物質轉子中的黃、紅軌道上的聚子打出耦合成光速奇子流,則此物質即持續發光。

設光子波長為λ,其中奇子盤旋直徑為d,則d≈4.09257910-20x λ3/2。

紫外光子直徑小,紅外光子直徑大,同速之光子,紅外光子整體能態略高,紫外光子易引發光電效應,主要因為紫外光子容易依附鎖定於普通物質同一糰子之內,引發糰子振蕩,易激發出電速奇子;紅外光子易引發熱效應,主要因為紅外光子易依附鎖定於普通物質同一輕原子核之上,易引發輕原子核振蕩,易激發出熱速奇子。

9卡組名[4]著名桌上遊戲《遊戲王》、及其同名動畫《遊戲王zexal》中天城快斗使用的卡組。

卡組是以銀河眼光子龍、超銀河眼光子龍、銀河眼時空龍作為主打,利用銀河遠征、銀河魔導師等卡作為輔助的高打點卡組,其key卡銀河眼光子龍擁有3000打點,其除外對方怪獸加攻且去除所有素材的效果使其擁有」超量殺手「的稱號。其強大的爆發力在動畫中完美地體現出來,不給主角九十九游馬任何翻盤的機會。但在實際使用中,各種弊端凸顯起來了:特招點少,易卡手,光子衛星混階能力低下,還佔用通招點,自身打點低,」銀河「和」光子「兩個系統不能完全兼容,整體展開較慢。不過,光子卡組仍在更新,只要出現自家濾抽卡片,相信該卡組還是能發展的。

天城快斗的卡組配置

怪獸卡(主卡組):

銀河眼光子龍

破曉者*3

光蛇

離子

光子三頭犬

光子蜥蜴 *2

光子斬擊者

光子粉碎

埋伏破壞者

光子獅

光子法陣師

光子帝王

光子三角翼

光子海盜

光子衛星

銀河騎士*2

光子殺戮者

光子栗子

次元流放者

銀河魔導師

光子幽靈

怪獸卡(額外卡組):

超銀河眼光子龍

光子雙頭蜥蜴

輝光子--帕拉迪奧斯

No.9 天蓋星 戴森球

No.10 白輝士 啟明者

No.20 蟻岩土 輝蟻

No.30 破滅之酸液石人

No.56 黃金鼠

魔法卡:

光子帷幕

光子引導

光子風

融合

強制解放

光子升華

光子颶風

光子長矛

光子風暴

光子壓力界

超量回復

疊放破壞(overlay Break)

對未來的所思

升檔

大爆炸混亂(Big-Bang Panic)

光子飛翼

銀河遠征

光子防護

銀河爆風

戰鬥重力

逆境的寶札

加速之光

銀河零式

xyz雙壁同歸

光子交易

死者蘇生

陷阱卡:

光子化

武裝歸還

光子衝擊

模擬戰鬥

鏡影

光子脫離

只在漫畫中出現過的卡:

光子翼龍

光子聖域

反XX光子流

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參考資料 1. 周世勛 .量子力學教程 .北京 :高等教育出版社 ,1978 :3,11 .

2. 光子 .漢語詞典 [引用日期2013-03-1] .

3. 吉爾伯特·牛頓·路易斯 .百度百科 [引用日期2013-01-29] .

4. 天城快斗 .百度百科 .2012-10-31 [引用日期2013-01-1] .

相關文獻基於非完整表面缺陷模式的一維光子晶體高解析度折XX率感測器-光譜學與光譜分析-2011年 第2期 (31)

基於超連續譜的光子晶體光纖表面等離子體效應-強激光與粒子束-2011年 第1期 (23)

固態光子帶隙光纖第1帶隙內模場分佈特性-強激光與粒子束-2011年 第1期 (23)

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1簡介 光子-內部結構模型圖

1905年,年輕的愛因斯坦發展了普朗克的量子說。他認為,電磁輻XX在本質上就是一份一份不連續的,無論是在原子發XX和吸收它們的時候,還是在傳播過程中都是這樣。愛因斯坦稱它們為「光量子」,簡稱「光子」,並用光量子說解釋了光電效應,這成為愛因斯坦獲得1921年諾貝爾物理學獎的主要理由。其後,康普頓散XX進一步證實了光的粒子性。它表明,不僅在吸收和發XX時,而且在彈性碰撞時光也具有粒子性,是既有能量又有動量的粒子。如此,光就既具有波動性(電磁波),也具有粒子性(光子),即具有波粒二象性。後來,德布羅意又將波粒二象性推廣到了所有的微觀粒子。

光子具有能量ε=hν和動量p=hν∕c,是自旋為1的玻色子。它是電磁場的量子,是傳遞電磁相互作用的傳播子。原子中的電子在發生能級躍遷時,會發XX或吸收能量等於其能級差的光子。正反粒子相遇時將發生湮滅,轉化成為幾個光子。光子本身不帶電,它的反粒子就是它自己。光子的靜止質量為零,在真空中永遠以光速c運動,而與觀察者的運動狀態無關。由於光速不變的特殊重要性,成為建立狹義相對論的兩個基本基本原理之一。[1]

2作用光子是傳遞電磁相互作用的基本粒子,是一種規範玻色子。光子是電磁輻XX的載體,而在量子場論中光子被認為是電磁相互作用的媒介子。與大多數基本粒子相比,光子的靜止質量為零,這意味著其在真空中的傳播速度是光速。與其他量子一樣,光子具有波粒二象性:光子能夠表現出經典波的折XX、干涉、衍XX等性質;而光子的粒子性則表現為和物質相互作用時不像經典的粒子那樣可以傳遞任意值的能量,光子只能傳遞量子化的能量。對可見光而言,單個光子攜帶的能量約為4×10-19焦耳,這樣大小的能量足以激發起眼睛上感光細胞的一個分子,從而引起視覺。除能量以外,光子還具有動量和偏振態,但單個光子沒有確定的動量或偏振態。

3歷史起源ε光子起源

   早在1900年,M.普朗克解釋黑體輻XX能量分佈時作出量子假設,物質振子與輻XX之間的能量交換是不連續的,一份一份的,每一份的能量為hν;1905年阿爾伯特·愛因斯坦進一步提出光波本身就不是連續的而具有粒子性,愛因斯坦稱之為光量子;1923年A.H.康普頓成功地用光量子概念解釋了X光被物質散XX時波長變化的康普頓效應,從而光量子概念被廣泛接受和應用,1926年正式命名為光子。[2]

根據計算:

中子的質量:1.674927211(84)×10^-27 千克;中子的半徑:1.11337557(48)費米;

質子的質量:1.672621637(83)×10^-27 千克;質子的半徑:1.11286448(48)費米;

電子的質量:9.10938215(45)×10^-31千克;電子的半徑:0.090880914(40)費米;

光子的質量:9.347543(38)×10^-36 千克;光子的半徑:0.0031349374(29)費米。

光子的能量:4.200577(17)×10^-19焦耳,2.621794(11)電子伏特,頻率:6.339470(26)×10^14 赫茲,波長:472.8983(20)納米,正好位於青藍色的光的波長的中心位置473.5納米附近。

當光的質量大於臨界質量時,很容易被電子所吸收或散XX;當光的質量小於臨界質量時,不太容易被電子所吸收,即很容易被電子很快發XX掉;而處於臨界質量附近的光子較容易被電子吸收,並向不同方向發XX,由此而形成靑藍色的天空[2]。

4名字由來光子起初被愛因斯坦命名為光量子 。 光子的現代英文名稱photon源於希臘文 φ(在羅馬字下寫為 光子操控

phocircs),是由美國物理化學家吉爾伯特·牛頓·路易斯[3]在他的一個假設性理論中創建的。 在路易士的理論中,photon指的是輻XX能量的最小單位,其「不能被創造也不能被毀滅」。 儘管由於這一理論與大多數實驗結果相違背而從未得到公認,photon這一名稱卻很快被很多物理學家所採用。 根據科幻小說作家、科普作家艾薩克·阿西莫夫的記載, 阿瑟·康普頓于1927年首先用photon來稱呼光量子。

在物理學領域,光子通常用希臘字母γ (音:Gamma )表示,這一符號有可能來自由法國物理學家維拉德( Paul Ulrich Villard )于1900年發現的伽瑪XX線,伽瑪XX線由盧瑟福和英國物理學家安德雷德 ( Edward Andrade )于1914年證實是電磁輻XX的一種形式。 在化學和光學工程領域,光子經常被寫為h ν ,即用它的能量來表示;有時也用f來表示其頻率,即寫為h f 。

5物理性質量子電動力學確立后,確認光子是傳遞電磁相互作用的媒介粒子。帶電粒子通過發XX或吸收光子而相互作用,正反帶電粒子對可湮沒轉化為光子,它們也可以在電磁場中產生。

光子從激光的相干光束中XX出

光子是光線中攜帶能量的粒子。一個光子能量的多少正比于光波的頻率大小, 頻率越高, 能量越高。當一個光子被原子吸收時,就有一個電子獲得足夠的能量從而從內軌道躍遷到外軌道,具有電子躍遷的原子就從基態變成了激發態。

光子具有能量,也具有動量,更具有質量,按照質能方程,E=MC^2=hν,求出M=hν/C^2,

光子由於無法靜止,所以它沒有靜止質量,這兒的質量是光子的相對論質量。

根據量子場論,一對正反粒子可發生湮滅變成一對高能伽馬光子,而一對高能伽馬光子在高溫下亦可發生反應產生一對正反粒子。比如在T=10^15K的溫度下可發生光子向質子和中子等重子的轉化。

用費曼圖表示的正電子-負電子散XX(也叫做BhaBha散XX ),波浪線表示交換虛光子的過程

光子既不是粒子,也不是波。

參見: 狹義相對論

從波的角度看,光子具有兩種可能的偏振態和三個正交的波矢分量,決定了它的波長和傳播方向;從粒 光子晶體結構

子的角度看,光子靜止質量為零,電荷為零,半衰期無限長。 光子是自旋為1的規範玻色子,因而輕子數、重子數和奇異數都為零。

光子的靜止質量嚴格為零,本質上和庫侖定律嚴格的距離平方反比關係等價,如果光子靜止質量不為零,那麼庫侖定律也不是嚴格的平方反比定律。 所有有關的經典理論,如麥克斯韋方程組和電磁場的拉格朗日量都依賴於光子靜質量嚴格為零的假設。 從愛因斯坦的質能關係和光量子能量公式可粗略得到光子質量的上限:M=HV/C^2

這裡M即是光子質量的上限, V是任意電磁波的頻率,位於超低頻段的舒曼共振已知最低頻率約為7.8赫茲。

這個值僅比如今得到的廣為接受的上限值高出兩個數量級。

參見光子:規範玻色子

一節中對光子質量的討論。

光子能夠在很多自然過程中產生,例如:在分子、原子或原子核從高能級向低能級躍遷時電荷被加速的過程中會輻XX光子,粒子和反粒子湮滅時也會產生光子;在上述的時間反演過程中光子能夠被吸收,即分子、原子或原子核從低能級向高能級躍遷,粒子和反粒子對的產生。

在真空中光子的速度為光速,能量 和動量p之間關係為p=E/c; 相對論力學中靜質量為m0的粒子的能量動量關係為E^2=(pc)^2+(m0c^2)^2。

光子的能量和動量僅與光子的頻率ν有關;或者說僅與波長λ有關。從而得到光子的動量大小為 P=h/λ=hv/c

其中h也叫做狄拉克常數或約化普朗克常數, k是波矢,其大小也叫做狄拉克常數或約化普朗克常數 ,方向指向光子的傳播方向;?叫做波數 ;? 是角頻率 。 光子本身還攜帶有與其頻率無關的內稟角動量?: 自旋角動量 ?,其大小為光子本身 ,並且自旋角動量在其運動方向上的分量(這一分量在量子場論中被稱作helicity )一定為 ? ,兩種可能的值分別對應著光子的兩種圓偏振態(右旋和左旋)。

從光子的能量、動量公式可導出一個推論

粒子和其反粒子的湮滅過程一定產生至少兩個光子。 原因是在質心系下粒子和其反粒子組成的系統總動 光子火箭發動機

量為零,由於能量守恆定律,產生的光子的總動量也必須為零;由於單個光子總具有不為零的大小為 的動量,系統只能產生兩個或兩個以上的光子來滿足總動量為零。 產生光子的頻率,即它們的能量,則由能量-動量守恆定律(四維動量守恆)決定。 而從能量-動量守恆可知,粒子和反粒子湮滅的逆過程,即雙光子生成電子-反電子對的過程不可能在真空中自發產生。

光子具有波粒二象性

即說光子既具有一粒一粒的粒子的特性又有像聲波一樣的波動性。當時間為瞬時值時,光子以粒子的形式傳播;當時間為平均值時,光子以波的形式傳播。光子的波動性有光子的衍XX而證明,光子的粒子性是由光電效應證明。

上面有人認為光子的動質量為零是錯誤的,光子的靜質量為零,否則的話其動質量將為無窮大。但其動質量卻是存在的,計算方法是這樣的:首先,由於頻率為v的光子的能量為

E=hv,(其中h為普朗克常數),故由質能公式可得其質量為:m=E/c^2=hv/c^2

其中c^2表示光速的平方,該方法由愛因斯坦首先提出。

經典的波有群速度與相速度之分。

光子的速度就是光速。

6光子理論光子有速度、能量、動量、質量。光子不可能靜止。光子可以變成其它物質(如一對正負電子),但能量守恆、動量守恆。

歷史發展(按時間順序)

到十八世紀為止的大多數理論中,光被描述成由無數微小粒子組成的物質。由於微粒說不能較為容易地解釋光的折XX、衍XX和雙摺XX等現象,笛卡爾(1637年) 、胡克(1665年)和惠更斯(1678年)等人提出了光的(機械)波動理論;但在當時由於牛頓的權威影響力,光的微粒說仍然佔有主導地位。十九世紀初,托馬斯·楊和菲涅爾的實驗清晰地證實了光的干涉和衍XX特性,到1850年左右,光的波動理論已經完全被學界接受。1865年,麥克斯韋的理論預言光是一種電磁波,證實電磁波存在的實驗由赫茲在1888年完成,這似乎標志著光的微粒說的徹底終結。

然而,麥克斯韋理論下的光的電磁說並不能解釋光的所有性質。例如在經典電磁理論中,光波的能量只與波場的能量密度(光強)有關,與光波的頻率無關;但很多相關實驗,例如光電效應實驗,都表明光的能量與光強無關,而僅與頻率有關。類似的例子還有在光化學的某些反應中,只有當光照頻率超過某一閾值時反應才會發生,而在閾值以下無論如何提高光強反應都不會發生。

與此同時,由眾多物理學家進行的對於黑體輻XX長達四十多年(1860-1900)的研究因普朗克建立的假說而得到終結,普朗克提出任何系統發XX或吸收頻率為nu,的電磁波的能量總是E = hnu,的整數倍。愛因斯坦由此提出的光量子假說則能夠成功對光電效應作出解釋,愛因斯坦因此獲得1921年的諾貝爾物理學獎。愛因斯坦的理論先進性在於,在麥克斯韋的經典電磁理論中電磁場的能量是連續的,能夠具有任意大小的值,而由於物質發XX或吸收電磁波的能量是量子化的,這使得很多物理學家試圖去尋找是怎樣一種存在於物質中的約束限制了電磁波的能量只能為量子化的值;而愛因斯坦則開創性地提出電磁場的能量本身就是量子化的 。愛因斯坦並沒有質疑麥克斯韋理論的正確性,但他也指出如果將麥克斯韋理論中的經典光波場的能量集中到一個個運動互不影響的光量子上,很多類似於光電效應的實驗能夠被很好地解釋。在1909年和1916年,愛因斯坦指出如果普朗克的黑體輻XX定律成立,則電磁波的量子必須具有p=frac{lambda}的動量,以賦予它們完美的粒子性。光子的動量在1926年由康普頓在實驗中觀測到 ,康普頓也因此獲得1927年的諾貝爾獎。

愛因斯坦等人的工作證明了光子的存在,隨之而來的問題是:如何將麥克斯韋關於光的電磁理論和光量子理論統一起來呢?愛因斯坦始終未能找到統一兩者的理論,但如今這個問題的解答已經被包含在量子電動力學和其後續理論:標準模型中。

7技術應用這裡討論的是光子在當今技術中的應用,而不是泛指可在傳統光學下應用的光學儀器(如透鏡)。激光是二十世紀光學最重要的技術之一,其原理是上文討論的受激輻XX。

對單個光子的探測可用多種方法,傳統的光電倍增管利用光電效應:當有光子到達金屬板激發出電子時,所形成的光電流將被放大引起雪崩放電。電荷耦合元件(CCD)應用半導體中類似的效應,入XX的光子在一個微型電容器上激發出電子從而可被探測到。其他探測器,如蓋革計數器利用光子能夠電離氣體分子的性質,從而在導體中形成可檢測的電流。

普朗克的能量公式E=hnu經常在工程和化學中被用來計算存在光子吸收時的能量變化,以及能級躍遷時發XX光的頻率。例如在熒光燈的發XX光譜的設計中會用不同能級的電子去碰撞氣體分子,直到有合適的能級能夠激發出熒光。

在某些情形下,單獨一個光子無能力激發一個能級的躍遷,而需要有兩個光子同時激發。這就提供了更高解析度的顯微技術,因為樣品只有在兩束不同顏色的光所照XX的高度重疊的部分之內才會吸收能量,而這部分的體積要比單獨一束光照XX到並引起激發的部分小很多,這種技術被應用於雙光子激發顯微鏡中。而且,應用弱光照XX能夠減小光照對樣品的影響。

有時候兩個系統的能級躍遷會發生耦合,即一個系統吸收光子,而另一個系統從中「竊取」了這部分能量並釋放出不同頻率的光子。這是熒光共振能量傳遞的基礎,被應用於測量分子間距中。

量子光學是物理光學中相對於波動光學的另一個分支。光子可能是超快的量子電腦的基本運算元素,而在這方面重點研究的對象是量子糾纏態。非線性光學是當前光學另一個活躍的領域,它研究的課題包括光纖中的非線性散XX效應、四波混頻、雙光子吸收、自相位調製、光學參量振蕩等。不過這些課題中並不都要求假設光子的存在,在建模過程中原子經常被處理為一個非線性振子。非線性效應中的自發參量下轉換經常被用來產生單光子態。最後,光子是光通信領域某些方面的關鍵因素,特別是在量子密碼學中。

8相關事件華中科技大學教授重新確定光子靜止質量上限

華中科技大學教授重新確定光子靜止質量上限,有業內人士認為:光子靜止質量為零是經典電磁理論的基本假設之一。但有些科學家則認為,光子可能有靜止質量。如果實驗最終檢測到光子存在靜止質量,那麼有些經典理論將要有所變化。

在出版的美國《物理學評論快報》(PhysicalReviewLetters) 上,有專文介紹說:「一項由中國科學家羅俊等完成的新的實驗表明,在任何情況下,光子的靜止質量都不會超過10的負54次方千克,這一結果是之前已知的光子質量上限的1/20。」羅俊和他的同事通過一種新穎的實驗方法,在一個山洞實驗室里將光子靜止質量的上限,進一步提高了至少一個數量級。

據悉,如果光子存在靜止質量,雖然不會影響到人們的日常生活,但其產生的後果將是根本性的———例如,光速將隨波長的改變而變化,並且光波將像聲波一樣能夠產生縱向振動。

光子:光子是兩個光速奇子在萬有引力下盤旋耦合而成的,為光速奇子所成之外像。質量m≈9.1102x10^-31kg。

具有逃逸速度的自由奇子垂直跌入轉子黃道或紅道,被其中的聚子撞擊逃逸而出,此即為光速奇子,2個光速奇子在萬有引力下耦合成1個光子。常溫下物質運動達到某一速度,XX其中的同向自由奇子被物質轉子中的黃、紅軌道上的聚子打出耦合成光速奇子流,則此物質即持續發光。

設光子波長為λ,其中奇子盤旋直徑為d,則d≈4.09257910-20x λ3/2。

紫外光子直徑小,紅外光子直徑大,同速之光子,紅外光子整體能態略高,紫外光子易引發光電效應,主要因為紫外光子容易依附鎖定於普通物質同一糰子之內,引發糰子振蕩,易激發出電速奇子;紅外光子易引發熱效應,主要因為紅外光子易依附鎖定於普通物質同一輕原子核之上,易引發輕原子核振蕩,易激發出熱速奇子。

9卡組名[4]著名桌上遊戲《遊戲王》、及其同名動畫《遊戲王zexal》中天城快斗使用的卡組。

卡組是以銀河眼光子龍、超銀河眼光子龍、銀河眼時空龍作為主打,利用銀河遠征、銀河魔導師等卡作為輔助的高打點卡組,其key卡銀河眼光子龍擁有3000打點,其除外對方怪獸加攻且去除所有素材的效果使其擁有」超量殺手「的稱號。其強大的爆發力在動畫中完美地體現出來,不給主角九十九游馬任何翻盤的機會。但在實際使用中,各種弊端凸顯起來了:特招點少,易卡手,光子衛星混階能力低下,還佔用通招點,自身打點低,」銀河「和」光子「兩個系統不能完全兼容,整體展開較慢。不過,光子卡組仍在更新,只要出現自家濾抽卡片,相信該卡組還是能發展的。

天城快斗的卡組配置

怪獸卡(主卡組):

銀河眼光子龍

破曉者*3

光蛇

等離子球

光子三頭犬

光子蜥蜴 *2

光子斬擊者

光子粉碎者

埋伏破壞者

光子獅

光子法陣師

光子帝王

光子三角翼

光子海盜

光子衛星

銀河騎士*2

光子殺戮者

光子栗子

次元流放者

銀河魔導師

光子幽靈

怪獸卡(額外卡組):

超銀河眼光子龍

光子雙頭蜥蜴

輝光子--帕拉迪奧斯

No.9 天蓋星 戴森球

No.10 白輝士 啟明者

No.20 蟻岩土 輝蟻

No.30 破滅之酸液石人

No.56 黃金鼠

魔法卡:

光子帷幕

光子引導

光子風

融合

強制解放

光子升華

光子颶風

光子長矛

光子風暴

光子壓力界

超量回復

疊放破壞(overlay Break)

對未來的所思

升檔

大爆炸混亂(Big-Bang Panic)

光子飛翼

銀河遠征

光子防護

銀河爆風

戰鬥重力

逆境的寶札

加速之光

銀河零式

xyz雙壁同歸

光子交易

死者蘇生

陷阱卡:

光子化

武裝歸還

光子衝擊

模擬戰鬥

鏡影

光子脫離

只在漫畫中出現過的卡:

光子翼龍

光子聖域

反XX光子流


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