星辰大海路上的種花家

我們在日常生活中幾乎是不可能接觸到正負電子對撞後湮滅的景象，但是從高中時，物理老師可能就會給你普及這方面的姿勢。所以，對於大多數人而言，正負電子對撞後湮滅是天經地義的事情。 那問題就來了，同樣是基本粒子，正負電子可以湮滅，那光子的反物質是什麼？它和它的反物質粒子可以湮滅嗎？

要了解這個問題，我們其實需要先深刻的理解一個科學理論，它的名字叫做質能等價理論。當然，更多的人對於這個理論中的那個方程更加熟悉，也就是大名鼎鼎的質能方程E=mc^2。

這個理論是愛因斯坦在1905年提出來的，在那一年他一共發表了四篇具有開創性的論文，分別是光電子假說（我們也稱之為光電效應）、布朗運動的數學描述、狹義相對論以及狹義相對論的補充篇質能等價。

那這個質能等價到底是在說些什麼呢？

其實我們常常會用到這個理論，尤其是很多人錯誤地把它當成是製造原子彈的理論。可實際上，質能方程只能解釋原子彈威力為什麼這麼大，而不是用來指導科學家制造原子彈。原子彈的原理其實是核裂變，在1937年才由幾位核物理學家提出來的。

這也不僅僅是關於質能方程的一個誤區。更嚴重誤區在於“轉化”和“等價”的誤解。很多人這麼描述原子彈爆炸，他們覺得是原子彈（或者氫彈）爆炸後，質量轉化成了能量然後釋放出來。實際上，這是錯誤的。

我們要思考一下，質量實際上不是“東西”，或者說不是“物質”，它是物質的屬性之一。所以，質量是附屬於一個物質之中的。同樣的能量是什麼？

愛因斯坦在質能等價這篇文章當中是這麼解釋，他認為質量和能量是一碼事，是一個物質的兩個面，質量裡有能量，能量裡還有質量，所以他們不是轉化關係，而是對應的關係，或者說等價關係。由於太多人把這裡誤解成了轉化關係，因此，如今的大學物理教材在講述這部分知識時，都會特意闢謠，強調這裡是“等價”關係。而愛因斯坦的質能等價告訴我們一件事，m=E/C^2

知道了這些，我們再來看看正負電子的湮滅過程。我們知道，正負電子是對應著質量的。所以正負電子對撞後，他們湮滅得到的能量其實可以利用E=mc^2來進行等價。科學家在宇宙中也確實找到了正電子的痕跡。

那我們接下來看看光子的情況。

實際上，光子的反粒子就是它本身

其實還是用愛因斯坦的質能方程。一對光子對撞之後，照理說應該是產生其他的基本粒子的，這裡會涉及到能量等價於質量的過程。

但是具體要產生什麼樣子的基本粒子是不一定的，這要根據條件來看。當然，更多的，我們更常見的情況實際上是什麼也沒有發生，這是因為如今的溫度很低很低，這個環境下的光子能量太低。

可能你並不能很好的理解，我們思考一下這個問題，質能方程是E=mc^2，如果我們進行簡單地移項就會是m=E/c^2，其中c=3*10^8，c^2就是9*10^16，也就是說，光子要對撞出質量很小的基本粒子就需要相當大的能量。但日常生活中並不存在這麼大能量的光子，因此，我們見不到這樣的情況。

那具體要多少溫度呢？

實際上科學家還真的計算過，科學家提出一個“閾值溫度”的概念。他們認為在溫度達到一定程度的環境下，光子對撞就可以合成基本粒子，多餘的能量會轉化為基本粒子的動能。

從表格中，我們可以知道，當溫度達到60億度左右時，一對光子可以對撞出一對正負電子。你可能要說了，宇宙哪可能會有這麼高的溫度？

實際上，還真的有過。如果我們知道，宇宙起源於138億年前的一場大爆炸。大爆炸時，宇宙的溫度是特別高，要遠遠高於60億度，按照理論來看，當時的最高溫度是1.4億億億億度（1.4*10^32度），然後隨著宇宙的膨脹逐漸下降。其實這也解釋了為什麼宇宙起初都是電磁波，但後來會出現這麼多的基本粒子，實際上都是在那個時候光子對撞而來的。

所以，光子是可以對撞的，對撞的結果和環境溫度有關，在極其高溫下是可以撞出基本粒子的

薛定諤的科學

我們日常生活中，基本不可能接觸到反物質粒子。但是很多人在中學的物理課本里，都會學到正電子和電子對撞會發生湮滅，產生能量，釋放出來。這個過程中，這對正負電子的靜止質量都等價於能量，以能量的形式釋放出來了。

那麼問題來了，如果是一對光子對撞那結果會是什麼樣子的呢？

光子的碰撞

我們都知道，電子的反粒子是正電子。實際上，光子也有反粒子，就是它本身。所以，理論上光子也是可以相互湮滅的。只不過，這裡比較複雜的是，光子是不是會發生相互湮滅和光子自身的能量有關，如果是低能的光子，那發生湮滅的概率非常非常低，而高能的光子發生碰撞就可以湮滅，產生其他粒子。可能這麼說，你還是不太能夠明白。所以，我們來舉兩個例子。

按照我們如今的理論，我們知道宇宙起源於一次大爆炸。

在這次大爆炸之後，宇宙開始劇烈的膨脹，同時從非常高的溫度開始逐漸下降。早期的宇宙主要就是所謂的“純能量”狀態，其中充滿了各種高能的光子。要知道，我們現在所在的宇宙充滿了各種“粒子”，比如：原子、電子、質子、中子，這些早期其實都沒有。那它們到底是咋來的呢？

實際上，它們大部分是是“碰撞”出來的。我們以電子為例，我們都知道電子所定義的質量，通過質能方程E=mc^2，我們可以計算出這個質量所對應的“靜止能量”。

如果一對光子的能量要大於電子所對應的靜止能量，它們碰撞湮滅後，就會產生一對正負電子，多餘的能量會轉化電子動能。

那什麼環境下的光子才具有這樣的“靜止能量”呢？答案是溫度到60億度左右，這個溫度也被稱為閾值溫度。也就是說，如果環境溫度達到了60億度以上，在這個溫度下的高能光子膨脹湮滅，就有可能產生一對正負電子。（不過，這些正反粒子其實並沒有都留下來，事實上，大多數又加入到了“湮滅”大軍中，每10億對的正負電子湮滅，最終會留下一個電子，至於是什麼原因，目前科學家還無法給出令人信服的理論解釋。）

不僅僅是電子，μ介子，π介子，質子和中子等粒子都是這麼碰撞出來的。唯一不同的其實是它們所對應的閾值溫度不同。（當然，它們後來也發生了每10億對相互湮滅，留下一個正物質粒子的情況。）

而宇宙早期一開始要遠遠高於這些溫度，因此，宇宙早期其實就在不停地創造這些粒子。因此，光子的碰撞其實在宇宙早期就已經發生過了，我們現在見不到，很大原因就是沒有高能的光子。

光子碰撞實驗

除了宇宙大爆炸之後，光子的碰撞也是科學界未來的趨勢，各國都在研究這方面的技術以及實驗。比較常見的正負電子對撞機實際上是可以改造成光子對撞機的。

正負電子對撞機可以把電子加速到特別高的能量，然後衝著這個電子發射一束激光，讓它們迎面對撞，這就可以得到能量很高的光子數。如果讓兩束類似的光能光子束進行膨脹，那就有可能產生電子、介子、各種玻色子，比如：希格斯玻色子，W玻色子，Z玻色子。

不過，目前還在理論應用到實際的階段，這當中還有很多技術環節是需要完善的。之前鬧得沸沸揚揚的上帝粒子“希格斯玻色子”，實際上，如果通過光子碰撞來研究相關性質會更加方便一點。因此，利用光子碰撞來進行研究是未來的一個趨勢，一些擁有加速器的國家或者組織就在思考如何對現有的加速器進行改變，使其能夠實現高能光子的對撞實驗。相信在不久的未來，很有可能科學家可以在實驗室裡就能製造出電子等粒子。

最後，我們來總結一下，正反物質粒子發生湮滅會產生能量，而高能光子的碰撞會產生粒子。這在宇宙早期就已經發生過，而人類也在試圖將加速器改造了光子對撞機。

鍾銘聊科學

我來啦，感謝頭條好哥們“星辰大海路上的種花家”的信任和邀請，給我送來這麼一個高大上的問題。不過我的回答是：光子對撞的現象其實很常見、但現象很複雜。不賣關子了，下面詳細說說。

一、常見的光子對撞現象

一扯上什麼光子，又扯上什麼對撞的，看上去應該是一個很難發生的情況，其實不然，光子對撞是我們隨處可見的事情。最簡單的就是入射光和反射光對撞，比如陽光照射在地面上，地面的反射光與入射的陽光發生對撞。

你可能會說，我怎麼沒看見對撞的效果啊，其實你看見了，你看見了地面，就是看見了光線碰撞後的宏觀結果：什麼都沒發生，它們互相之間穿過去了。

前面我們說的是處處可見的光子正碰，我們再來看一下隨處可見的同向相碰。想到了沒，咱們的平板顯示器，手機屏幕，老的陰極射線管顯示器。碰撞的結果看了吧，三原色變成了65535種顏色。

看到這可能會有小夥伴說，老郭你這說的都什麼啊，怎麼感覺不是我們想要的答案呢？接下來咱們就看點不常見的光子對撞現象。

二、不常見的光子對撞現象

雖說不常見，但是應用也很多，這裡簡單舉兩個例子。

其一、增透膜。很多相機和望遠鏡在物鏡上都鍍有這種膜，但由於這層膜只能使用某種波段的光，所以我們看到的鏡頭增透膜一般有紅、綠、藍三種顏色。這種膜的作用原理是利用光在膜的兩個表面都會發生反射，膜的前表面和後表面反射的光發生干涉從而提高整個光學系統的進光量。

其二、激光。嚴格說其實現在激光器是非常常見的光源，LED燈、激光筆、CD唱機等等生活中也很多了。激光是單色光、偏振光。在激光器的諧振腔裡存在光子碰撞的情況，這是因為，這個諧振腔是光的波長一半的整數倍，道理跟增透膜一樣，增透膜厚度是四分之一波長，一個往返就是二分之一波長。同樣是干涉現象。

三、非可見光的碰撞現象

可能看完前面兩條，小夥伴們都不滿意，你這說的都啥啊，我們說的是碰撞，你整個干涉。最重要的是，你說的都是可見光啊。其實，這就是小夥伴們誤會了。因為光作為一種微觀粒子，具有波粒二象性，可見光的這種碰撞可以用波的干涉來解釋。

我們這裡就說一下非可見光的碰撞現象。就以伽馬射線對撞為例來說吧，我們都知道，正負電子對撞可以生成兩個伽馬射線的光子。其實兩個伽馬射線對撞也能反過來生成正負電子，根據科學家們的計算，這需要非常高的溫度，60億度。

宇宙中有這種溫度嗎？按照宇宙爆炸學說，宇宙爆炸的早期，就存在這種可能。所以，我們在現在的條件下，是無法觀測到伽馬射線對撞生成粒子的。最多能觀測到的是，兩個伽馬射線的光子按照波動性的特點，發生干涉。

其實還有很多利用光對撞現象的實驗儀器，比如邁克爾遜-莫雷干涉儀，也是利用光子對撞後的干涉條紋移動來判斷以太是否存在的裝置。

結束語

通過前面的介紹，可以總結出下面的結論：當光子在地球環境下，正常的溫度區間內，發生對撞的情況都是符合波的干涉原理的，干涉現象就是光子的碰撞現象。

拓展一下思路，我們如何觀測兩個伽馬射線對撞後的結果呢？如果您希望得到更多關於量子力學的知識，歡迎關注我的賬號。

如果您覺得這篇文章對您有所啟發，請點贊、評論和轉發支持。

郭哥聊科學

正負電子相撞，會發生湮滅，產生一對光子。據此，有人反推認為，按此過程逆向操作，即一對高能光子相撞，應當可以產生一對正反粒子。

這一結論，目前看來，可能是物理界絕大多數專業人士的共識，一些科普人士也對此深信不疑。

但本人的觀點是，按本人的《負空間論》理論預言，任何能量的一對光子相撞，不會產生任何質量粒子，仍保持為光子。主要原因是，粒子的質量來源，並非為希格斯機制理論所闡述的那樣，而應是《負空間論》所提出一種粒子，即化子的存在而導致的。一對光子相撞，如沒有化子存在，將不會產生質量，仍將以光子形式存在。

當然，《負空間論》所提出的這一理論觀點，有待光子對撞機實驗驗證。

空間的奧秘

這個問題很有意思，電子對撞應屬高能物理的學術範疇，光子對撞亦然，以現代物理學而言，光子對撞也遵循愛因斯坦質能方程。太高大上的學術性回答，恐一兩句難以描述，但是，在高中物理中曾經有這樣的實驗敘述:兩條非平行光速發生交叉，一束光的強度、方向、頻率(顏色)等物理特性在與另一束光交叉前後並沒有發生變化。可以這麼理解:兩光子束交叉碰撞，結果什麼都沒有發生。當然，光具有波粒二象性，上述實驗敘述是基於光的波動性建立的符合常識的科學定義。至於在學術範疇，"高能光子"這個概念就有違愛因斯坦質能方程，m是常數，c是宇宙終極速度，則E則是確定數；高能意味著E增加，則c就會超光速，理論上，現代物理手段無法制取超光速，更惶論觀測超光速光子的對撞。

狗尾巴花35099873

光子也就是電磁波，現在天上到處都是電磁波在飛也沒發生什麼。

吃雞涼涼

光子不發生反應

后街2133

正電微子和負電微對撞會產生光子：

用戶2478617898490

現在可能還沒辦法讓光子（光微子）對撞。因為對小對輕。可再請教物理學家。

用戶628680282845流氓

光子對撞？不存在的，它們只會形成干涉。因為光也是電磁波。

關鍵字: 湮滅 對撞 正負電子