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zqw105589鐵桿木蟲(chóng) (著名寫(xiě)手)
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[求助]
量子光學(xué)為什么和經(jīng)典理論有矛盾 已有9人參與
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請(qǐng)教各位物理專家，解釋我多年百思不解的疑問(wèn)。 1、 光是電磁波,光具有波粒二象性：順理成章光子就必然被認(rèn)為是電磁輻射的載體,而在量子場(chǎng)論中光子被認(rèn)為是電磁柤互作用的媒介子。處于絕對(duì) 零度附近的一些物質(zhì)有超導(dǎo)電性和抗磁性，外于這一溫度區(qū)的熱輻射接近于零，沒(méi)有光子交換,強(qiáng)大的電場(chǎng)磁場(chǎng)如何體現(xiàn)�；蛘哒f(shuō)兩個(gè)都處于基態(tài)的電子，無(wú)法產(chǎn)生光子,也不存在交換光子，相互之間就沒(méi)有作用力了？這個(gè)結(jié)論是否與電磁理論矛盾了？ 2、電子對(duì)之間由于電磁力造成的相互排斥，可以認(rèn)為是電子對(duì)之間交換了光子（光的粒子性）的過(guò)程。這里做一個(gè)假設(shè)：光子是由一個(gè)平面鏡反射后交換的，這一電子對(duì)間的斥力方向會(huì)不會(huì)偏離兩電子的連線？ 3、按照電荷之間的作用力可以用交換光子來(lái)表達(dá)，只要頻率相同的光子，能量一定相同，動(dòng)量也一定相同，不論兩點(diǎn)電荷距離遠(yuǎn)近，只要交換的光子數(shù)量一樣，頻率一樣，作用力的大小也一定相等，而庫(kù)侖定律中兩點(diǎn)電荷的作用力大小與兩點(diǎn)電荷距離的平方成反比，這是我在什么地方理解錯(cuò)了？ 4、愛(ài)因斯坦解釋光電效應(yīng)是光子通過(guò)碰撞反沖出電子，康普頓解釋康普頓效應(yīng)是光子通過(guò)碰撞改變了自身的頻率，光是粒子，就一定會(huì)發(fā)生碰撞。由光的干涉現(xiàn)象說(shuō)明光子之間可以實(shí)實(shí)在在的發(fā)生作用，而光的獨(dú)立傳播理論又說(shuō)兩束光相遇后，仍然保持它們各自原有的特性（頻率波長(zhǎng)振動(dòng)方向相位等）不變，仍然按照自己原來(lái)的傳播方向繼續(xù)前進(jìn),好像在各自傳播過(guò)程中沒(méi)有遇到其他波一樣。特別的太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)平面鏡90度反射后，應(yīng)該有數(shù)量巨大的光子碰撞到一起，為什么看不到碰撞后的漫反射現(xiàn)象？ 5、光子有相對(duì)論質(zhì)量，有動(dòng)量，是粒子，能碰撞，應(yīng)該就有動(dòng)量的矢量疊加效應(yīng)，在光子反沖出電子的光電效應(yīng)中，就應(yīng)該出現(xiàn)頻率低于截止頻率的多個(gè)光子多次碰撞，通過(guò)動(dòng)量的矢量疊加效應(yīng)撞出光電子來(lái)（光子的速度永遠(yuǎn)大于電子的速度），為什么通過(guò)偉人的解釋就沒(méi)有矢量疊加效應(yīng)了？ 6、α粒子和光子都有波粒二象性，α粒子散射實(shí)驗(yàn)證實(shí)――微觀世界是比較空曠的核式結(jié)構(gòu)；α粒子經(jīng)散射后向各個(gè)方向飛去，光子經(jīng)過(guò)反射、折射為什么傳播方向如此一致，都嚴(yán)格遵守反射定律、折射定律？ 7、光子和電子都有波粒二象性，光在真空中的傳播速度是299792458 m/s。光在玻璃中的速度：2.0×10^8m/s 。光在沒(méi)有外力作用下，從真空射入玻璃，再?gòu)牟Ａ淙胝婵眨俣劝l(fā)生了由高到低，再由低到高的變化，變化方式是臺(tái)階式的躍變，不存在漸變；在光電效應(yīng)中，由于不同頻率的光照射金屬，產(chǎn)生的光電子有不同的遏止電勢(shì)差，說(shuō)明光電子產(chǎn)生后有不一樣的速度，電子、質(zhì)子、中子、α粒子等都不存在各自特有的固定速度，而且只有在外力作用下，速度才會(huì)發(fā)生漸變，這是為什么？ |
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3樓2015-07-30 20:36:54
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試圖僅用文字來(lái)精確回答或者理解這些問(wèn)題 實(shí)在有些困難 只能說(shuō)下個(gè)人圖像上的觀點(diǎn) 不敢保證很準(zhǔn)確 (1) 相互作用和交換粒子之間的關(guān)系。用交換一個(gè)粒子等來(lái)描述相互作用，只是其中一種比較形象的方式， 在這種描述中，相互作用是通過(guò)交換非物理的虛粒子來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所以在你第一問(wèn)中 你說(shuō)"或者說(shuō)兩個(gè)都處于基態(tài)的電子，無(wú)法產(chǎn)生光子,也不存在交換光子" 其中"不存在交換光子" 這個(gè)理解是錯(cuò)誤的，同樣交換光子和熱輻射也沒(méi)關(guān)系。 (2) 電子－電子之間的相互作用相比經(jīng)典圖像要復(fù)雜一些，不能單用力來(lái)描述之，更難以談?wù)摿Φ姆较�，另外，原則上可以交換多個(gè)虛光子。 你的假設(shè)看不出有理論的基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)？ (3) 同(2)這種交換只是一種等價(jià)的描述，不要經(jīng)典的力的概念來(lái)刻畫(huà)它。另外，“交換"是非物理的虛光子，你的說(shuō)法"只要頻率相同的光子，能量一定相同，動(dòng)量也一定相同"是不對(duì)的 (4) 光子和光子也會(huì)發(fā)生碰撞的，只是在低能下估計(jì)彈性振幅很低很低，在粒子物理實(shí)驗(yàn)中，高能的雙光子對(duì)撞實(shí)驗(yàn)有很多. 關(guān)鍵是要注意振幅的大小,而能量又大致決定了這點(diǎn) (5) 原則上，一個(gè)電子差不多同時(shí)吸收2個(gè)光子然后跑出來(lái)是可能的，但是這個(gè)振幅很低很低，因?yàn)殡姶畔嗷プ饔檬莻�(gè)相對(duì)較弱的過(guò)程，正常情況下多一次相互作用，平庸的說(shuō) 振幅下降1/137。 (6) 還是碰撞幾率問(wèn)題，不同的碰撞過(guò)程，對(duì)于不同的末態(tài)有不同的幾率。光的反射定律也不是完全絕對(duì)成立,你前面提及的康普頓散射不就是么? (7)光子的速度并沒(méi)有發(fā)生變化，你說(shuō)的不是真實(shí)粒子的速度。需要注意不隨意混淆，注意求證書(shū)上所說(shuō)的(理論和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象上)根源。 |
7樓2015-07-31 09:08:16
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呵呵 自然科學(xué)自然是需要數(shù)學(xué)才能精確理解 不然 還談不上嚴(yán)謹(jǐn)理論 頂多只能稱為唯象模型 正如人和人之間的深入交流是需要語(yǔ)言的 數(shù)學(xué)是精確描述自然現(xiàn)象的語(yǔ)言 離開(kāi)這門(mén)語(yǔ)言 象你談?wù)摰倪@些 在我看來(lái) 更像是類似藝術(shù)或者宗教的東西 (藝術(shù)、宗教還追求自我完整的理念，你討論的則更加無(wú)章法 和科學(xué)追求的真 藝術(shù)追求的美 無(wú)關(guān) 更接近宗教追求的信仰 可惜是偏執(zhí)的信) 你說(shuō) 你現(xiàn)讓我給你馬上找出數(shù)學(xué)中的虛數(shù)單位i？ 呵呵 個(gè)人感覺(jué)你的這種說(shuō)話方式透露出兩個(gè)意思 1. 你是個(gè)權(quán)威者，動(dòng)不動(dòng)讓人馬上做什么做什么，這不像是真做學(xué)問(wèn)的人應(yīng)該有的氣質(zhì)。有時(shí)候見(jiàn)到有院士對(duì)年輕人都彎腰打招呼的，那種氣質(zhì)才叫人真感動(dòng)，感動(dòng)于做學(xué)術(shù)的謙卑和自信。 2. 你對(duì)語(yǔ)言的理解不夠深入，語(yǔ)言是人類的創(chuàng)造，沒(méi)說(shuō)它就和你看到的要一一對(duì)應(yīng)，在語(yǔ)言中，我們引入太多的輔助工具，來(lái)更好的表達(dá)某些性質(zhì)。 btw 類似帖子里面，我也強(qiáng)調(diào)過(guò) 現(xiàn)代物理，有時(shí)候不得不引入非物理的東西來(lái)描述，不知道為了簡(jiǎn)潔，這是不是必須？ 這倒是個(gè)問(wèn)題 花時(shí)間回復(fù)你的所問(wèn)所寫(xiě)，主要還是為警醒自己，也希望能給看到帖子的人一點(diǎn)提醒和啟發(fā)。這是好的例子 |
26樓2015-08-02 22:26:49
zqw105589
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4樓2015-07-30 22:16:05
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依你的意思，如果一個(gè)正、負(fù)電子對(duì)涅沒(méi)形成一個(gè)電子中微子，這個(gè)電子中微子在光子作用下，可以生成多個(gè)正負(fù)電子？這樣的粒子數(shù)守恒都不滿足？那么，這樣的科學(xué)理論，一定是唯心的！與時(shí)間機(jī)器的創(chuàng)造，同樣不可思議。難怪有人宣稱學(xué)懂了。我想說(shuō)：沒(méi)有精子和卵子的相遇，不可能憑空創(chuàng)造生物；沒(méi)有物質(zhì)，不可能憑空就產(chǎn)生和創(chuàng)造物質(zhì)！巧婦難為無(wú)米之炊！我覺(jué)得，你的“即使沒(méi)有電子這些東東，只要有溫度光子也會(huì)‘無(wú)中生有’“，很讓我詫異！到底物理學(xué)是唯物主義的科學(xué)，還是唯心主義的偽科學(xué)？我不再和你爭(zhēng)了。 如果宇宙空間粒子是憑空產(chǎn)生的，哪天，就會(huì)憑空消失，宇宙，變成什么都沒(méi)有的虛空。我多么希望學(xué)物理的人，能夠正確對(duì)待物質(zhì)世界的規(guī)律！不再蠻不講理地胡說(shuō)八道！因?yàn)閻?ài)因斯坦的奇點(diǎn)產(chǎn)生宇宙，導(dǎo)致弦論的產(chǎn)生，最后說(shuō)”粒子是有普朗克長(zhǎng)度的弦的震動(dòng)產(chǎn)生“，于是粒子沒(méi)有了大小�？膳�！問(wèn)題是：怎么滴就產(chǎn)生了具有0.1飛米數(shù)量級(jí)的原子核？ 好像有人沒(méi)有看《原子核物理》。 |
25樓2015-08-02 17:56:15
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一個(gè)質(zhì)子與一個(gè)負(fù)電子作用，不可能產(chǎn)生兩個(gè)中子。一對(duì)正負(fù)電子涅沒(méi)，不可能產(chǎn)生兩個(gè)或兩個(gè)以上的電子中微子，只能產(chǎn)生一個(gè)電子中微子。否則，宇宙的物質(zhì)就會(huì)自然增加。這不可能！物質(zhì)可以相互轉(zhuǎn)化，但不可以憑空消失或憑空產(chǎn)生。正如你的存在，不可能在睡一夜以后，能夠產(chǎn)生另一個(gè)你，和你相同，而且在一起！電子中微子與光子作用，變成正負(fù)電子對(duì)，正負(fù)電子對(duì)涅沒(méi)產(chǎn)生光子和電子中微子，其中的任何粒子，都不可能增加。 我說(shuō)的粒子數(shù)守恒，指的是粒子相互作用的前后，該粒子以相同數(shù)目存在于宇宙空間，只是其存在的方式的變化：組合、分解、轉(zhuǎn)化等等。就如化學(xué)反應(yīng)一樣，反應(yīng)前后，物質(zhì)的原子和同一原子的原子數(shù)不變。而我指的是組成復(fù)合粒子的粒子元素不變。 ”所謂黑體輻射其實(shí)是表明即使沒(méi)有電子這些東東，只要有溫度光子也會(huì)‘無(wú)中生有’“，這其中表明，粒子可以憑空產(chǎn)生，原粒子數(shù)量可以增加。 當(dāng)然，你是按照書(shū)本說(shuō)的，在書(shū)上，我也看到過(guò)同樣的話。只是，我感覺(jué)其中有誤！我記得是英國(guó)物理學(xué)家霍金講過(guò)。這是不負(fù)責(zé)任的講法。否則，原子也可以憑空產(chǎn)生，而且在化學(xué)反應(yīng)前后，物質(zhì)的量無(wú)法定性分析。 薛定諤方程對(duì)粒子數(shù)變化問(wèn)題的束手無(wú)策，表明薛定諤方程不能完全解讀宇宙空間的粒子的所有特征。一個(gè)數(shù)學(xué)公式，未必能夠給出某一事物的全部信息。 我不和你爭(zhēng)了，如果你把粒子的相互作用，與化學(xué)反應(yīng)的形式對(duì)比，不難斷定，同一粒子的粒子數(shù)，不可能變化，只是形態(tài)變化。薛定諤方程不能解答化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)性問(wèn)題，必定不能解答粒子數(shù)的問(wèn)題。 |
32樓2015-08-03 07:50:50
37樓2015-08-03 08:11:59
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個(gè)人感覺(jué) 你上面滿滿對(duì)科普的誤解 和 想當(dāng)然的錯(cuò)誤 別人指出你這邊的錯(cuò)誤 你立馬調(diào)頭顧左右而言它 這樣?xùn)|一槍 西一棒的討論方式 很不可取 1. 電子質(zhì)子到中子 反中微子的過(guò)程 這主要是弱作用的過(guò)程，不是強(qiáng)相互作用的過(guò)程 (如果你想討論這過(guò)程的強(qiáng)相互作用 那該是強(qiáng)子化的非微擾問(wèn)題：夸克如何形成核子 和反應(yīng)本身沒(méi)關(guān)系) 2.質(zhì)子和中子的轉(zhuǎn)化，怎么是交換夸克實(shí)現(xiàn)的，哪本嚴(yán)肅的粒子物理書(shū)上這么論述的？ 形象些說(shuō) 這是夸克吸收/放出帶電W玻色子后味道改變的過(guò)程 3. 夸克除了參與強(qiáng)相互，也參與弱相互作用，也參與電磁相互作用，你想當(dāng)然的感覺(jué) “夸克是重子，參與強(qiáng)相互作用。請(qǐng)問(wèn)，在這個(gè)過(guò)程中，到底電子參與了強(qiáng)相互作用還是沒(méi)有?" 電子夸克都參與的弱作用而已 4. 你又扮演權(quán)威者的角色了，喜歡質(zhì)問(wèn)別人”你在哪個(gè)實(shí)驗(yàn)室，看到了單個(gè)的夸克的存在？” 這種討論問(wèn)題的姿態(tài)/方式也很不可取，值得大家警醒 |
51樓2015-08-03 10:15:04
【答案】應(yīng)助回帖
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其實(shí)說(shuō)實(shí)話，這些東西脫離開(kāi)數(shù)學(xué)語(yǔ)言也是可以解釋的，但我輩沒(méi)有那么高的本事，說(shuō)不清楚道理。我記得第一天見(jiàn)到我?guī)煾傅臅r(shí)候他用最通俗的語(yǔ)言給我解釋了一遍其中的道理，當(dāng)時(shí)有種醍醐灌頂?shù)母杏X(jué)，但是現(xiàn)在你讓我給你解釋我也說(shuō)不清楚。我的水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，水平不夠的人解釋這些東西脫不開(kāi)數(shù)學(xué)，，這也沒(méi)辦法咯 [ 發(fā)自小木蟲(chóng)客戶端 ] |
52樓2015-08-03 10:25:04
納米材料753
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真的很難回復(fù)你啊。因?yàn)槿舨焕斫饬孔訄?chǎng)論的話，都不知道該如何跟你解釋。 比如3吧，兩個(gè)電子在哪，然后中間呢可能會(huì)有光子交換（而且不是單純的一個(gè)光子的交換，中間光子還可以裂成正電子與電子然后又變成光子，總歸很復(fù)雜），但一定時(shí)間里有多少個(gè)這些是要用量子場(chǎng)論算出來(lái)的，A Zee的QFT in a nutshell的好像很前面用一個(gè)簡(jiǎn)單的方法說(shuō)明了為什么核力是湯川勢(shì)，為什么電磁力跟距離平方反比，且有一個(gè)負(fù)號(hào)。但具體算的時(shí)候好像還蠻煩的，關(guān)鍵還要重整化什么的。 像1的話，要區(qū)分黑體輻射的頻譜與有電子時(shí)的光子是不一樣的。所謂黑體輻射其實(shí)是表明即使沒(méi)有電子這些東東，只要有溫度光子也會(huì)“無(wú)中生有”。而電子發(fā)出的光子可以理解成是“定向”的光子，這里并不矛盾。 我說(shuō)的也一定正確。特別是可能并不精確。 |
8樓2015-07-31 09:12:36
9樓2015-07-31 09:21:40
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你的這些問(wèn)題，其實(shí)蠻有意思的。像M.D. Schwartz最近的一本書(shū)QFT and Standard model這本的前言的第二段就講到： I like to start my first class by flipping the light switch and pointing out to the students that, despite their comprehensive understanding of classical and quantum physics, they still cannot explain what is happening. Where does the light comes from? 因此有時(shí)日常很簡(jiǎn)單的問(wèn)題可能是需要QFT這些理論才好理解。 |
10樓2015-07-31 09:29:48
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