Question

物理学中的光子

Answer 1

光子可能是最常见的基本粒子。这些粒子以光速运动，每天从太阳、月亮和恒星向我们轰击。一个多世纪以来，科学家和工程师们一直在利用它们来照亮我们的城市，现在又来照亮我们的屏幕。

光子，又称光量子，是电磁辐射的最小能量包。这个概念起源于阿尔伯特·爱因斯坦(1905)对光电效应的解释，他在解释中提出了光在传输过程中存在离散的能量包。早在1900年，德国物理学家马克斯·普朗克(Max Planck)就解释了热辐射是以不同的单位(即量子)发射和吸收的，从而为这一概念铺平了道路。这个概念是在美国物理学家阿瑟·H·康普顿(1923年)证明了x射线的微粒性质后开始普遍使用的。然而，“光子”一词(源自希腊语phōs, phōtos，“光”)直到1926年才被使用。

光子的能量取决于辐射频率; 有各种能量的光子，从高能的伽马射线和x射线，通过可见光，到低能的红外和无线电波。所有光子都以光速传播。在亚原子粒子中，光子是玻色子，没有电荷或静止质量，只有一个自旋单位;它们是场粒子，被认为是电磁场的载体。

如上所述，光兼有波和粒子的性质。这是一个惊人的发现，当然超出了我们通常感知事物的范围。台球可以看作是质点，而海浪是波。光子在任何时候都既是波又是粒子(尽管“有时是波，有时是粒子”的说法很常见，但基本上是错误的，这取决于在给定的时间里哪些特征更明显)。

这种波粒二象性(或粒子波二象性)的影响之一就是光子，尽管被当作粒子对待，却可以被计算出具有频率、波长、振幅和其他波动力学中固有的特性。

光子是基本粒子，尽管它没有质量。它不能自己衰变，尽管光子的能量可以在与其他粒子的相互作用中转移(或产生)。光子是电中性的，它的反粒子也是光子。

光子是自旋为1的粒子(使它们成为玻色子)，其自旋轴平行于运动方向(向前或向后，取决于它是“左”还是“右”光子)，这个特性允许光的偏振。