电子是如何变成光子的?

聊天选手九段


那么问题来了,电子能不能变成光子呢?

电子当然可以变成光子,不过需要在特定条件下才能变成光子。通常将光子看作纯能量的载体,电子变光子,实际上就是电子释放能量的一种过程。

单独一个电子是无法转变为光子的。因为电子非常稳定、没有半衰期,电子的寿命通常认为和宇宙的寿命一样。电子被视作基本粒子,与夸克以一样,科学家认为电子是不可再分的。夸克与电子都属于费米子,世间万物都是由它们构成的。

如图所示,原子核中的质子和中子都是由三个夸克构成的。

电子转变为光子,主要分两种情况。一种是部分转变,另一种是完全转变。

下面来分别介绍一下:

部分转变:电子跃迁

学过中学化学的都知道,电子在原子核外是按照一定规律分层排布的,电子在不同轨道上绕着原子核运转,每个电子所具有的能量也不同。而电子之所以会绕着原子核运转,是电磁力的作用,因为异性相吸。

原子受到外界能量的激发后,原子会由基态转变为激发态,核外电子的能级也随之升高。当电子从高能级掉到低能级时,就会向外界释放能量,也就是向外界辐射光子或者说电磁波。电子这种能级变化的行为被称之为电子跃迁。

如上图所示,电子发生跃迁,并向外界辐射出光子。

电子通过这种方式释放出光子,电子的能量虽然减少了,但电子还存在。

完全转变:正反电子湮灭

核外电子带负电,那么电子有可能带正电吗?当然,带电粒子都存在与其电性相反的反粒子。早在上世纪二三十年代,著名的物理学家狄拉克就预言了正电子的存在。随后几年,科学家通过实验证实了宇宙射线中就存在正电子。不仅宇宙射线中有,原子核发生贝塔衰变时也会产生正电子。由反粒子构成的物质,我们称之为反物质。正反物质相遇后会发生湮灭反应,百分百转化为能量。

同理,当负电子与正电子相遇时,这一对电子会发生湮灭反应,并完全转化为能量。这里所说的能量其实就是光子,这就是电子完全转化为光子的实例。

顺带提一下,不仅电子可以转化为光子,而且还存在逆过程,光子在特定条件下也同样能够转化为电子。

结语

通过上面的介绍,我们可以发现,电子必须要与其它物质发生相互作用或者能量交换,才会释放出光子。单独一个电子是不会转化为光子的。


科学探索菌


电子是不可再分的基本粒子

“电子是不是能转化成光子”这样的问题,其实是要看条件的,如果仅仅是一个电子,要让它转化成光子基本上是不可能的事情。

按照上世纪50-70年基于狭义相对论和量子力学,建立起来了一套粒子物理标准模型理论。

这套理论把20世纪,甚至包括21世纪初发现的100多种粒子进行了分类,这种分类并不是大家想象中的那种随意分分。而是基于非常深刻的物理学理论而建立起来的分类体系。在这个理论中把粒子分为两个大类:费米子&玻色子。其中费米子认为是构成物质的最小单位,这里就包括了夸克,电子,电子中微子,μ子,μ子中微子,τ子,τ子中微子以及他们的反粒子。

而玻色子实际上是用来传递相互作用的,胶子是束缚夸克的,而介子是用来把质子和中子束缚在原子核内的,(这里补充一点,介子不属于基本粒子),它们传递的是强相互作用。而衰变有关的相互作用是弱相互作用,是依靠W玻色子和Z玻色子来传递。而光子是用来传递电磁相互作用的。这些粒子都被称为规范玻色子,还有一个赋予粒子质量的叫做希格斯玻色子。

这里夸克一共有36个,轻子有12种,规范玻色子有12种,加上1个希格斯玻色子,一共是61种。

像质子或者中子这样的粒子就没有进入到粒子物理标准模型当中,这是因为他们是可以再分的。电子属于轻子,是不可以再分的,按照目前的理论来说,电子没有半衰期,它的寿命和宇宙的寿命应该是一样的长。因此,想让单个电子直接变成光子是没办法做到的。

正反电子湮灭

虽然单个电子无法做到,但还有一种办法。宇宙诞生之初,温度极其高,当时除了光子之外,没有其他粒子。而光子是没有自己的“反粒子”的,或者说自己是自己的反粒子。所以,早期的光子在极其高温的环境下,获得足够高的能量,并且发生碰撞,是会产生物质粒子的,比如:电子。这主要看一对光子的能量是不是高于一对正反电子的能量,如果是,那就可以产生,多余的能量会转化为电子的动能。

不过,这个过程对于温度要求极为苛刻,下表就列出了要生成各种物质粒子所需要能量。(这张表来自于弱电统一理论的提出者温伯格的科普书《最初三分钟》,讲述的就是宇宙诞生之初,物质粒子产生的过程。)

所以,从这里,我们就会发现,正反粒子对撞是可能会发生点什么的。实际上,电子和它的反粒子正电子,如果对撞,就会发生湮灭,也就是全部转化成了光子的形式散射掉了。因此,如果要实现电子到光子的过程,可以通过电子和正电子的湮灭实现。

当然,这并不是瞎猜的。1928年,狄拉克将量子力学和狭义相对论结合起来提出量子场论时,这方程中就有“正电子”的解。但这只是有理论而已。到了1932年,科学家卡尔·安德森让宇宙射线通过云室和铅片,通过对轨迹和数据的分析,证实了正电子的存在。他也因为发现了正电子获得了1936年诺贝尔物理学奖。后来,科学家实验室里用特高两段的短距离激光轰击1毫米厚度的金箔时,也能够达到正电子,而且数量极为可观。

跃迁

其实还有一种办法根本不需要消灭掉电子也能得到光子,那就是跃迁

原子核外的电子其实可以通过吸收能量,跃迁到更高的能量;同时,它也可以通过释放能量,跃迁到能量更低的能级。这种跃迁的过程就被我们称为跃迁

而跃迁到低能量所释放的能量通常是以电磁波(光子)的形式发出去。所以,电子由高能级向低能级跃迁的过程也能产生光子。

最后,我们来总结一下,单个电子并没有办法直接转化成光子,如果是电子和它的反粒子正电子发生湮灭,那这对正反电子就会完全转化为光子。除此之外,电子从高能级向低能级跃迁,也会释放出能量,这些能量以电磁波(光子)释放出来。


钟铭聊科学


电子一般不会变成光子,光子一般也不会变成电子,原子的核外电子只是吸收周围电磁波辐射能量,跃迁,释放出来电磁能量与周围环境的暗能量激发下,成为电磁波,并辐射出电磁波能量。我们的宇宙大部分的空间充斥着暗能量,无所不为,它控制者宇宙的秩序,万有引力场,宇宙的均匀一致性表现就是2.73K微波背景辐射。实际也说明宇宙的均匀一致性,其实宇宙并不是在膨胀的。

但是我们的太阳系随着银河系中心的黑洞吸引力,导致最初在银河系悬臂边界的太阳系,逐渐进入银河系中层区域,同时随着进入银河系中心靠拢,暗能量被大量银河系天体阻挡,所以万有引力场系数逐渐减弱,太阳系的行星距离逐渐远离,太阳核聚变反应减弱,地球自转变慢,都是因为无所不在的暗能量有关。我们的人类文明目前地球温室加剧的今天,大量使用燃油车,无序能增大,而台风不断是暗能量的作用下,使得无序能转化为的风能,温度下降,但是总能量不变。想要彻底改变地球,人类需要新的物理学理论,凝聚态物理材料会带给大家新的希望。


云天32


简单说,电子是电子,光子是光子,两个完全不同的概念,两者并不能相互转化,电子并不能变成光子。同时电子和光子也是两种不同的概念!

电子是微观粒子,是有大小的,虽然电子很小,但确实是有尺寸的!而光子则有很大不同,光子(光量子)是电磁波的载体,本质上就是一种能量,而由于能量也是不连续的,是一份一份的,而光子就是可量化的最小的能量单位!

那么电子和光子有什么关系呢?

电子虽然不能变成光子,但却与光子息息相关,并且如今我们接收到的绝大多数光都与电子有关。简单说,电子的能级跃迁就可以产生光子!

如何理解?

我们都知道电子在原子核外面,但并没有固定的轨道,与地球围绕太阳系旋转一点则不像!用量子力学的概念描述,只能用概率去理解电子的位置和速度!

不过电子存在于不同的能级,而且当电子在不同的能级之间发生跃迁时,就会释放或者吸收能量,这种能量就以光子的形式表现出来!

当电子吸收光子,也就是吸收能量,就可能会跃迁至高能级,当已收到的能量达到一个临界值,就会完全脱离原子核的束缚!而当电子跃迁至低能级,就会释放出能量,也就是释放出光子!而太阳发光的过程实际上就是电子的能级跃迁释放出来的光子!


宇宙探索


首先,没听说过电子可以变成光子!

其次,光子特别是频率单一且携带与频率成正比的动能的光子是不可能存在的!

再者,电子是携带质量、负电荷和自旋磁矩的实体粒子,可以产生万有引场和电磁场。因此,要说电子可以产生光子(如果光子真的存在的话)到说得过去!

总之,电子不可能变成光子。否则,既破坏质量守恒,又破坏电荷守恒,还破坏动量和能量守恒定律!

有兴趣进一步了解光到底是什么,以及由于对光的认识错误导致近代物理出现系统性错误的根源的朋友,欢迎参与本人以下文章的讨论!


彭晓韬


没研究过,难以言表,借火给你试试湮灭反应。

通过科普著作,电子+反电子接触会湮灭反应,让电子、反电子转化成光子与其它东西。

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欢迎对空间领域有兴趣的人士、学生、老师等阅读 关于空间扭曲、空间穿越、多维空间的文章!互相探讨交流、提问



物理学之维度空间


电子是不能变成光子的,但运动的电子的动能是可以转化成光能的。

众所周知,电子的周围空间存在着电场,电场是特殊的物质。电子在运动或者振动时,电子就带动它周围的电场运动或者振动。

运动变化的电场在周围空间产生变化的磁场,变化的磁场在更远处又产生变化的电场,变化的电场又在更远处产生变化的磁场……,这样运动变化的电磁场传到远处就是我们所看到的光。

这样,电子在运动或者振动时的动能就转换成了特殊物质电场和磁场的运动,电场和磁场的运动而具有的能就叫做光能。

由此可见,电子是物质,光是能量。物质和能量是两个不同的概念,不能混为一谈。

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,即是物质又是能量,实际并不存在光子。但在研究量子力学时起到了很重要的作用。


mcz107436431


光是电磁波不是光子,电子不能变成光子,电子可以产生电磁波,电子的变速运动,可以产生变化的电场,引发交替变化电磁场而发光。热发光是分子布朗运动,电子绕核旋转位移,引起磁场变化产生电磁波。真空中高速电子碰撞金属屏表面,电子速度突变发出X射线。电子变速运动产生光。


cx1944


关于光,我写过专题文章,后来又删了。

我简单说说。

电子不能变成光子!

核外电(子)吸收能量跃迁到高能级亚稳态,再跃迁到低能级的过程中,电(子)波解散,释放出能量E=E₂-E₁=hν,激发出一个变化的电场,它再激发出一个变化的磁场,成为向前移动的电磁波,就是光波。如果要把它看成是一个一个的也行,那就称为光(子)。

至于一对正负电子对湮灭成一对γ光子,我就不知道了,我不喜欢(不相信)反物质。


袁灿伦


当电孑运动突然刹车,会有1%的电子能量产生光孑辐射,称制动辐射。

如运动电子遇金属放出X射线。再如微波中的磁控管产生微波,也是电孑辐射出微波光子。

这都是电孑产生光子的例子,但电子本身并没有变成光子,除非遇到正电孑,两者湮灭变成光子。


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