光如果有粒子性,那光为什么不能被保留?
谁说光子不可以被保留?而且这跟有没有粒子性没有关系哈。
上图:光子结构示意。
解决方案一只要容器够大,什么都可以保留!
你要容纳宇宙都可以。
上图:光子的保存可能跟能量的保存目标是一致的。
是否能够保留光子,取决于您存储它们的容器。如果容器的大小不重要,您至少是可以建造一个大约是太阳系周长200倍的容器,在一段时间内保存那些光子。
另一方面,如果您没有那么多钱,可以使用一些更简单的方法,并且几位物理学家已经成功地用它们取得了显著成果。物理学家已经找到了减慢光子速度的方法,只要技术足够强大,你也可以让光子减速,直到被保存在某种特殊的容器里面。
可见,光不会以与在真空相同的速度穿过所有介质。我们所需要做的就是找到合适的材料来使我们的光子通过,并为其创建一个大的环路,给光子上“跑步机”,这样我们就可以静静地观赏它了。另外,如果我们将光子在这种环路的旋转周期缩短到不到一年,那么其直径就只需比瑞士的LHC粒子加速器大几倍即可,从而进入经济可行的“畅想”范围。
光子非常小,并且不遵守相互排斥原理(非泡利不相容),因此我们可以轻松管理和存储它们。真正的问题将是怎么收集那么多光子!
上图:大型粒子对撞机的尺度。
解决方案二为了使构成光的光子存在,它们必须以光速行进(当然已经有办法减慢其速度)。要存储它们,必须将它们放入容器中,但它们在容器中也必须以光速移动,直到需要将它们放出来为止。
上图:实际上激光谐振腔就是一种保存光子的设备的原型。
一个简单的办法就是可以使用反射镜来构建容器,但是我们可以构建的反射镜没有一种是能够100%反射的。通常,当光子“撞击”镜子时,它会被镜子中的原子吸收,然后重新发射回容器中,这样的话,算不算我们保留了光子呢?但是,有时光子不会被重新发射出去(而只是使原子处于激发态),或者不会撞到原子中的一个,而是穿过镜子逃逸到容器外了。
上图:金属之所有可以反射,是因为金属里面的自由电子
尽管单个光子发生这种情况的机会很小,但是有许多光子非常快地传播,因此这个过程将发生很多次,从而导致光“泄漏”或衰减。
解决方案三建立一个近乎完美的镜子很难,因此将光转换成可以存储的东西,然后在需要时将其转换回光,这样会容易一点。不过这种保存光子的办法能不能算是保存了光子呢?
上图:电子就是光子的暂存器。
实际上电子和光子似乎有非常密切的关系,光子被电子吸收之后,提高了电子的能量,又在电子跃迁向低能级时释放出来。从这个过程中,我们实际上可以认为光子在电子当中得到了保存的。因为光子和光子之间实际上并没有太多可以区别的特征,除了波长相关的参数(频率和能量),光子似乎没有其它独立的特征。这似乎涉及到一个光子的定义。
不行,因为它们可能并存,不能算是同一个。
从逻辑上不行,因为它们可能没有任何逻辑联系,例如一个出现在宇宙这一端,而另一个出现在宇宙的另一端,它们之间不一定有任何联系。
这个问题,只有你来回答。
总结光子在某种意义下是可以保存的。你是不是有第四种办法?
在光电效应中,光能使金属中电子从表面逸出,这种电孑称为光电孑。康普顿光子模型证实光子具有能量和动量,从而进一步证明了光的粒孑性。
由于光所具有的能量特征,它是由电磁辐射的光孑组成,因此它可以为任何物质吸收,随着光子的能量被逐步释放,光也将不复存在。这是光不能被保留的原因。
2020--4-18
一个人逃跑了依然是人。
光波粒运,亮暗中显;
点燃火炬,光能保存。
不能说是电磁波就不是粒子。波粒二象性的意思是说这种物质同时具有波动性与粒子性。从这个角度来说,它既不是传统意义上的波,也不是传统意义上的粒子。只能说,人类以前的两大模型,不能完全适用于它,必须同时用两种模型描述,因为它具有两种模型的代表性质。
1、光子具有辐射性。
辐射指的是能量以波或是次原子粒子移动的型态,在真空或介质中传送,也就是说光子自身因为不断向外界辐射被吸收,参考黑纸吸热。但是请注意光子寿命稳定,没有半衰期,这个要注意。光子在静止状态下静止质量为0。光子不是一种实体粒子。光子的速度很大,真空中为光速。
2、光是一种电磁波,那么就有波的性质:反射,折射,干涉,衍射。其中衍射是说波可以绕过障碍物继续传播,参考声音,声音是一种波,隔墙有耳就是说衍射,把声音关在一个瓶子里的难度可想而知。
常见的各种物质粒子之所以能被装进瓶子里,是因为这些粒子的粒子数是守恒的。具体而言,在粒子物理中,轻子数守恒和电荷守恒联合保证了电子数在通常情况下是守恒的。重子数守恒保证了质子和中子数的总和也是守恒的。也就是说,在能量没有达到高能物理实验的标准前,无论你怎么折腾这一团物质,其中的电子数和质子加中子数的和都是各自不变的。
但是光子就不一样了。没有任何守恒律去保证光子的总数不变。任何带电粒子都可以吸收或者放出一个光子。不带电的粒子甚至也可以通过自身的磁矩或电偶极矩与光子反应。你既然无法保证光子数不变,而光子又太容易与其他粒子反应了,你当然存不住光子。
总结:
光子不是一种实体粒子,现有技术还不能储存光子!
因为光子存在于运动中,一旦与其它粒子碰撞就会被吸收或反弹,当其动能不足以维持光速时,就意味着光子寿命终结(会转化成能量)。
留住了,谁没有留住,光虽然走了,但是它把温暖留给了我们,比如说动物的眼睛就把光的粒子留下来,到了晚上就会发出光芒。
光是由波还是由粒子组成的呢?这个基本问题已经困扰了科学家们数十年的时间,因为光好像是由两者共同组成的。然而,迄今为止的试验已经显示光的表现或者像一种粒子或者像一种波,但是从未同时表现出两种状态。现在一种新型试验第一次展示了光能够同时表现的像一种粒子和一种波,为这种困惑打开了一个新的局面,有可能帮助科学家揭开光和整个量子世界的真实本质。
这种讨论可以至少追溯到远到艾萨克·牛顿时代,他提出光是由粒子组成的,而詹姆斯·克拉克·麦克斯韦尔认为光是一种波,他的电磁学理论将电学和磁学统一在一起。随后在1905年阿尔伯特·爱因斯坦借助光是由光子组成的概念解释了一种名为光电效应的现象(这一发现也让他赢得了诺贝尔物理奖。
最终我们有充分的理由认为光既是一种粒子也是一种波。事实上,这也同样适用于所有的亚原子粒子,包括电子、夸克甚至最近发现的希格斯玻色子一样的微粒。这种概念被称为波粒二象性,而且它也是量子力学理论的基本原则。光或者其它任何类型的微粒表现的像一种粒子还是像一种波取决于进行什么类型的试验。到目前为止,光的两种本质面貌还没有同时观察到。
但是科学家们一直想知道,光从一种粒子转变成一种波是否取决于周围环境?或者是否光一直都是同时表现的即像粒子又像波呢?现在研究人员们第一次设计出了一种新型的测量装置,能够同时探测光即像微粒又像波的表现形式。这种装置依靠的是一种名为量子非定域性的古怪量子效应,这种反直觉的概念归结为同一粒子能够同时存在于两个位置的想法。
目前为止,光不能直接储存,但是光能可以通过转化固定进行储存。比如太阳能装置,植物也是一个光能的储存系统。科学家在光存储方面做出不懈努力,并取得的突破性成果。
2013年,德国科学家成功让光停留60秒,光存储由此成为可能。
据《激光世界》报道,早在1999年,哈佛大学的研究人员就已经使光速减慢到每秒17米。他们利用磁场让一小团冷却至玻色—爱因斯坦凝聚态的原子云悬浮在真空腔内,然后让一束光通过原子云,便观测到了光速大大降低的现象。
此后,该团队不断调整自己的系统,在2001年的实验中,他们将一束光储存在另一束激光“传送带”上,成功做到了让光“止步不前”,并且没有摧毁光子或者扰乱它们的量子态。与此同时,另一个来自哈佛—史密森天体物理中心的团队借助超冷钠原子来存储并释放光能,也达到了同样的目的。不过,这两项实验都只让光的脚步停顿了几千分之一秒。而只有让这一时长达到秒级以上,才可能找到一种方法将光能相干存储在一个稳定的介质中,就像将电能存储在电容器或电池中一样。
2013年年初,美国佐治亚理工学院的研究小组获得新的突破,他们让一束光停留了16秒的时间。但研究人员同时承认,要想构建洲际量子信息网络,存储光的时长至少需以分钟计而非秒计。
到了7月,“分钟屏障”被德国达姆施塔特大学的研究人员打破。他们用一种更为稳定的介质来取代由电磁场保持的超冷原子云,这种介质是一种不透明的晶体,但激光照射可暂时将其变得透明,而光就在这种晶体中静止了60秒。
“一分钟非常非常长。这的确是一个重要的里程碑。”《新科学家》杂志援引英国圣安德鲁斯大学微光子学专家托马斯·克劳斯的话说。
德国研究人员选择的是低温下掺有镨的硅酸钇不透明晶体,其拥有一种特性——电磁诱导透明效应,有此效应的介质不会吸收某特定频率的光,也就是说,该介质在这一频率的光下是透明的。
他们将一束控制激光射向晶体,触发晶体内部量子级别的反应,使晶体变得透明。随后,他们用第二束光(可用于存储数据/图像,实验中存储的是一幅由3条横线构成的简单图片)照射透明的晶体,接着关闭控制激光束,让晶体变回不透明状。这不仅使第二束光被捕获在晶体中,而且由于晶体不透明,第二束光无法发生折射,也就是说,这束光线的传播停止了。
由于无路可走,被俘光子的能量被晶体中的其他原子吸收,而光子携带的图片信息也转化成了原子自旋激发。接下来,研究人员重新开启控制激光束,将被捕获在晶体中的光线重新释放出来,原子自旋激发(即图片信息)也就重新释放给光子。这些原子自旋激发可以保持相干性(数据完整性)的时间为一分钟左右,之后释放出的光脉冲(或存储在上面的图片)就失真了。
从本质上说,这项成果使光存储成为可能,即光线有望作为存储和恢复数据的介质。量子计算机可以利用单个原子的量子态来存储数据,但原子的量子相干性很容易受到背景噪音的干扰,而用光子的量子态,也就是用一束光的电磁场来存储数据,会使通过光纤网络传输量子编码的数据更加容易,从而为远程量子通信网络的建立提供保障。更让人期待的是,这项研究或许也可以给 探索 如何让光加速提供思路。
德国研究团队表示,此次所用晶体材料的潜力已经发挥到了极限,如果改用其他材料,比如掺有铕的硅酸钇,再加上特定的磁场,数据存储的时间将有可能延长得更久。但要将这项技术运用到现实世界中的计算机上,还需找到一种在室温下低噪音储存和传输光的方法。
因为地球人还没有那种技术,宇宙中所有的东西,所有的一切都是物质的