光子是如何憑空產生的?

PhD肖

在物理學上有一個定律,叫質量守恆定律,簡單的來解釋,就是不同物質之間發生化學反應,反應發生前後的物質質量是完全一樣的。

這個是真理,早已經被實驗證明了。

這時候問題就來了,我們點燃一堆柴火,反應產生的碳灰和二氧化碳加起來,和之前柴火和參與反應氧氣的質量是不變的,那就奇怪了,燃燒過程產生的那麼多的熱能都變成光子跑掉了,為啥質量還守恆呢?

實際上,在這個化學反應過程中,隨著化學鍵的重組,物質的質量的確出現了缺失。只是這種缺失實在是太小太小了,完全可以忽略不記的。

如題主所言,電子因為獲得能量而發生躍遷,從而產生了電磁波,即光子,這些光子攜帶著能量,以30萬公里每秒的速度,迅速的逃逸了。

但是,在隨著反應的結束,電子因為它所獲取的能量損失,又會從周圍空間吸收能量,“跳”回自己本來的能量級,這是質量之所以能夠守恆的另一個重要原因。

其實,質量守恆定律在一定意義上來說,應該叫能量守恆定律,才更加準確。

這是由愛因斯坦提出來的,質量和能量是可以相互轉化的,質量可以變成能量,能量也可以轉化成為物質,前者很簡單,後者在愛因斯坦提出這一理論後,一直都處於假設狀態,直到後來科學家通過電子對撞機證實,兩個光子發生高速撞擊粉碎時,會從0質量的高能狀態,直接轉化成為有質量的粒子電子和它的反物質粒子正子。

質量與能量的守恆,在普通的化學反應中很難覺察。但如果深入到原子層面,如核爆炸,質量就會全部轉化成為能量。反物質與正物質的碰撞湮滅也會產生純能量。

所以,光子並非題主所說是憑空創造的,它是質量產生的。


科學重口味

人們對客觀世界的認識我想了想無非是這幾個過程:力》場》波》時空。牛頓認為速度是無限的,但力如何傳遞的?他的說法大家不認同。麥克斯韋則把電磁力解釋為場間的相互作用,這是個進步。後來量子力學出現了,名字有力學,做的事兒可跟牛頓的力沒多大關係,但它非常成功。同期愛因斯坦相對論出現了,但有人把它歸入經典力學去宣揚。

愛因斯坦提出了光子概念,好像是他,後來簡潔的解釋了光電效應。說到光子,我們通常首先想到的是粒子性,好像是德布羅意寫了個式子:△mc^2=hf,左邊代表光子的慣性,右邊代表波性。其實慣性與粒子性有關聯但並不是一個等同的概念。我們知道光能動量是可以描述為一份一份的或是量子化的,其實在現實中質量的分佈也不是連續的是可以分割的,是不是可無限下去?即粒子的慣性是否無限的小?小到慣性可以忽略不計,那麼此時的粒子與其運動該如何描述?現在我們知道微觀下用波性描述更準確些,比如電子。

人們乾脆忽略它的慣性用波函數描寫,所以軌道這種概念最好拋棄,用能級代替,那電子的位置在哪兒?我們學過一個式子,好像初中就有,即Xo=X-vt。以一列封閉的火車箱為例:速度Ⅴ為相對我們觀察到的箱體速度,Xo代表箱體空間內任意一點距箱體中心距離,X代表Xo點至觀察者距離。可惜書本上只是把箱體做為質點處理來解釋這個公式的,質點1的速度加上質點2的速度等於總速度,仔細想這其中的觀察者跟神一樣。

我們可以把箱體想像成一個空間體代表原子,空間體的中間當成原子核,其它部分則屬於電子,人們用電子雲表示或者理解為波的形狀。觀察到電子粒子性,可以形象比喻為沒有頭尾的波圓斷開後有了兩個端點即有了間隔;同理兩個波圓之間也有間隔,間隔代表可以測量。至於光子的吸收與輻射,我們就簡單的理解成空間體的波圓似的有限收縮與膨脹好了,π是無理數,一份份的進出最簡單。

囉嗦說了一大堆,只能這樣,再說下去該議論相對論質增公式m=M√1-v^2/c^2了……一個易誤導人的寫法。

最近得到一個式子,這個式子和相對論或量子力學沒一點關係,越看越懵圈,方程式倒好寫,可用在哪兒呢?:

能動量關係式:Eo^2=E^2-Epc+(pc)^2。若按慣性寫法是m=M√(1-v/c+v^2/c^2),這意味著當速率為零時和光速時,我們對該事物運動狀態的觀測結果是一樣的。感覺就像莫比烏斯環,折騰了半天又回到起點一樣。它的時空關係式為Xo^2=X^2-Xct+(ct)^2,我管它叫時間囚籠,我們這時能觀測到E或p的負值狀態。

又跑題了,偏的還挺厲害


下雨了run

光子不是憑空產生的,它是由場粒子組成的,你說的電子躍變中的電子,相比場粒子那是龐然大物,當把電子看成基本粒子的時候,場粒子就不忽略不計了,所以感覺它就是憑空產生的。

光子是由電場粒子和磁場粒子交變組成的電磁波,其中並不含玻色子(引力場粒子),所以它沒有質量。


觀上靈雲


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