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量子光學為什么和經(jīng)典理論有矛盾 已有9人參與
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請教各位物理專家，解釋我多年百思不解的疑問。 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為是電磁輻射的載體,而在量子場論中光子被認為是電磁柤互作用的媒介子。處于絕對 零度附近的一些物質(zhì)有超導電性和抗磁性，外于這一溫度區(qū)的熱輻射接近于零，沒有光子交換,強大的電場磁場如何體現(xiàn)�；蛘哒f兩個都處于基態(tài)的電子，無法產(chǎn)生光子,也不存在交換光子，相互之間就沒有作用力了？這個結論是否與電磁理論矛盾了？ 2、電子對之間由于電磁力造成的相互排斥，可以認為是電子對之間交換了光子（光的粒子性）的過程。這里做一個假設：光子是由一個平面鏡反射后交換的，這一電子對間的斥力方向會不會偏離兩電子的連線？ 3、按照電荷之間的作用力可以用交換光子來表達，只要頻率相同的光子，能量一定相同，動量也一定相同，不論兩點電荷距離遠近，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，而庫侖定律中兩點電荷的作用力大小與兩點電荷距離的平方成反比，這是我在什么地方理解錯了？ 4、愛因斯坦解釋光電效應是光子通過碰撞反沖出電子，康普頓解釋康普頓效應是光子通過碰撞改變了自身的頻率，光是粒子，就一定會發(fā)生碰撞。由光的干涉現(xiàn)象說明光子之間可以實實在在的發(fā)生作用，而光的獨立傳播理論又說兩束光相遇后，仍然保持它們各自原有的特性（頻率波長振動方向相位等）不變，仍然按照自己原來的傳播方向繼續(xù)前進,好像在各自傳播過程中沒有遇到其他波一樣。特別的太陽光經(jīng)過平面鏡90度反射后，應該有數(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、光子有相對論質(zhì)量，有動量，是粒子，能碰撞，應該就有動量的矢量疊加效應，在光子反沖出電子的光電效應中，就應該出現(xiàn)頻率低于截止頻率的多個光子多次碰撞，通過動量的矢量疊加效應撞出光電子來（光子的速度永遠大于電子的速度），為什么通過偉人的解釋就沒有矢量疊加效應了？ 6、α粒子和光子都有波粒二象性，α粒子散射實驗證實――微觀世界是比較空曠的核式結構；α粒子經(jīng)散射后向各個方向飛去，光子經(jīng)過反射、折射為什么傳播方向如此一致，都嚴格遵守反射定律、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 。光在沒有外力作用下，從真空射入玻璃，再從玻璃射入真空，速度發(fā)生了由高到低，再由低到高的變化，變化方式是臺階式的躍變，不存在漸變；在光電效應中，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差，說明光電子產(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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試圖僅用文字來精確回答或者理解這些問題 實在有些困難 只能說下個人圖像上的觀點 不敢保證很準確 (1) 相互作用和交換粒子之間的關系。用交換一個粒子等來描述相互作用，只是其中一種比較形象的方式， 在這種描述中，相互作用是通過交換非物理的虛粒子來實現(xiàn)的。所以在你第一問中 你說"或者說兩個都處于基態(tài)的電子，無法產(chǎn)生光子,也不存在交換光子" 其中"不存在交換光子" 這個理解是錯誤的，同樣交換光子和熱輻射也沒關系。 (2) 電子－電子之間的相互作用相比經(jīng)典圖像要復雜一些，不能單用力來描述之，更難以談論力的方向，另外，原則上可以交換多個虛光子。 你的假設看不出有理論的基礎和實驗基礎？ (3) 同(2)這種交換只是一種等價的描述，不要經(jīng)典的力的概念來刻畫它。另外，“交換"是非物理的虛光子，你的說法"只要頻率相同的光子，能量一定相同，動量也一定相同"是不對的 (4) 光子和光子也會發(fā)生碰撞的，只是在低能下估計彈性振幅很低很低，在粒子物理實驗中，高能的雙光子對撞實驗有很多. 關鍵是要注意振幅的大小,而能量又大致決定了這點 (5) 原則上，一個電子差不多同時吸收2個光子然后跑出來是可能的，但是這個振幅很低很低，因為電磁相互作用是個相對較弱的過程，正常情況下多一次相互作用，平庸的說 振幅下降1/137。 (6) 還是碰撞幾率問題，不同的碰撞過程，對于不同的末態(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)光子的速度并沒有發(fā)生變化，你說的不是真實粒子的速度。需要注意不隨意混淆，注意求證書上所說的(理論和實驗現(xiàn)象上)根源。 |
7樓2015-07-31 09:08:16
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呵呵 自然科學自然是需要數(shù)學才能精確理解 不然 還談不上嚴謹理論 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言的 數(shù)學是精確描述自然現(xiàn)象的語言 離開這門語言 象你談論的這些 在我看來 更像是類似藝術或者宗教的東西 (藝術、宗教還追求自我完整的理念，你討論的則更加無章法 和科學追求的真 藝術追求的美 無關 更接近宗教追求的信仰 可惜是偏執(zhí)的信) 你說 你現(xiàn)讓我給你馬上找出數(shù)學中的虛數(shù)單位i？ 呵呵 個人感覺你的這種說話方式透露出兩個意思 1. 你是個權威者，動不動讓人馬上做什么做什么，這不像是真做學問的人應該有的氣質(zhì)。有時候見到有院士對年輕人都彎腰打招呼的，那種氣質(zhì)才叫人真感動，感動于做學術的謙卑和自信。 2. 你對語言的理解不夠深入，語言是人類的創(chuàng)造，沒說它就和你看到的要一一對應，在語言中，我們引入太多的輔助工具，來更好的表達某些性質(zhì)。 btw 類似帖子里面，我也強調(diào)過 現(xiàn)代物理，有時候不得不引入非物理的東西來描述，不知道為了簡潔，這是不是必須？ 這倒是個問題 花時間回復你的所問所寫，主要還是為警醒自己，也希望能給看到帖子的人一點提醒和啟發(fā)。這是好的例子 |
26樓2015-08-02 22:26:49
4樓2015-07-30 22:16:05
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依你的意思，如果一個正、負電子對涅沒形成一個電子中微子，這個電子中微子在光子作用下，可以生成多個正負電子？這樣的粒子數(shù)守恒都不滿足？那么，這樣的科學理論，一定是唯心的！與時間機器的創(chuàng)造，同樣不可思議。難怪有人宣稱學懂了。我想說：沒有精子和卵子的相遇，不可能憑空創(chuàng)造生物；沒有物質(zhì)，不可能憑空就產(chǎn)生和創(chuàng)造物質(zhì)！巧婦難為無米之炊！我覺得，你的“即使沒有電子這些東東，只要有溫度光子也會‘無中生有’“，很讓我詫異！到底物理學是唯物主義的科學，還是唯心主義的偽科學？我不再和你爭了。 如果宇宙空間粒子是憑空產(chǎn)生的，哪天，就會憑空消失，宇宙，變成什么都沒有的虛空。我多么希望學物理的人，能夠正確對待物質(zhì)世界的規(guī)律！不再蠻不講理地胡說八道！因為愛因斯坦的奇點產(chǎn)生宇宙，導致弦論的產(chǎn)生，最后說”粒子是有普朗克長度的弦的震動產(chǎn)生“，于是粒子沒有了大小�？膳拢栴}是：怎么滴就產(chǎn)生了具有0.1飛米數(shù)量級的原子核？ 好像有人沒有看《原子核物理》。 |
25樓2015-08-02 17:56:15
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一個質(zhì)子與一個負電子作用，不可能產(chǎn)生兩個中子。一對正負電子涅沒，不可能產(chǎn)生兩個或兩個以上的電子中微子，只能產(chǎn)生一個電子中微子。否則，宇宙的物質(zhì)就會自然增加。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)生另一個你，和你相同，而且在一起！電子中微子與光子作用，變成正負電子對，正負電子對涅沒產(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。就如化學反應一樣，反應前后，物質(zhì)的原子和同一原子的原子數(shù)不變。而我指的是組成復合粒子的粒子元素不變。 ”所謂黑體輻射其實是表明即使沒有電子這些東東，只要有溫度光子也會‘無中生有’“，這其中表明，粒子可以憑空產(chǎn)生，原粒子數(shù)量可以增加。 當然，你是按照書本說的，在書上，我也看到過同樣的話。只是，我感覺其中有誤！我記得是英國物理學家霍金講過。這是不負責任的講法。否則，原子也可以憑空產(chǎn)生，而且在化學反應前后，物質(zhì)的量無法定性分析。 薛定諤方程對粒子數(shù)變化問題的束手無策，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。一個數(shù)學公式，未必能夠給出某一事物的全部信息。 我不和你爭了，如果你把粒子的相互作用，與化學反應的形式對比，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反應的實質(zhì)性問題，必定不能解答粒子數(shù)的問題。 |
32樓2015-08-03 07:50:50
37樓2015-08-03 08:11:59
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41樓2015-08-03 08:54:33
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個人感覺 你上面滿滿對科普的誤解 和 想當然的錯誤 別人指出你這邊的錯誤 你立馬調(diào)頭顧左右而言它 這樣東一槍 西一棒的討論方式 很不可取 1. 電子質(zhì)子到中子 反中微子的過程 這主要是弱作用的過程，不是強相互作用的過程 (如果你想討論這過程的強相互作用 那該是強子化的非微擾問題：夸克如何形成核子 和反應本身沒關系) 2.質(zhì)子和中子的轉(zhuǎn)化，怎么是交換夸克實現(xiàn)的，哪本嚴肅的粒子物理書上這么論述的？ 形象些說 這是夸克吸收/放出帶電W玻色子后味道改變的過程 3. 夸克除了參與強相互，也參與弱相互作用，也參與電磁相互作用，你想當然的感覺 “夸克是重子，參與強相互作用。請問，在這個過程中，到底電子參與了強相互作用還是沒有?" 電子夸克都參與的弱作用而已 4. 你又扮演權威者的角色了，喜歡質(zhì)問別人”你在哪個實驗室，看到了單個的夸克的存在？” 這種討論問題的姿態(tài)/方式也很不可取，值得大家警醒 |
51樓2015-08-03 10:15:04
52樓2015-08-03 10:25:04
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6樓2015-07-31 08:26:22
【答案】應助回帖
感謝參與，應助指數(shù) +1
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真的很難回復你啊。因為若不理解量子場論的話，都不知道該如何跟你解釋。 比如3吧，兩個電子在哪，然后中間呢可能會有光子交換（而且不是單純的一個光子的交換，中間光子還可以裂成正電子與電子然后又變成光子，總歸很復雜），但一定時間里有多少個這些是要用量子場論算出來的，A Zee的QFT in a nutshell的好像很前面用一個簡單的方法說明了為什么核力是湯川勢，為什么電磁力跟距離平方反比，且有一個負號。但具體算的時候好像還蠻煩的，關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的光子是不一樣的。所謂黑體輻射其實是表明即使沒有電子這些東東，只要有溫度光子也會“無中生有”。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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你的這些問題，其實蠻有意思的。像M.D. Schwartz最近的一本書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? 因此有時日常很簡單的問題可能是需要QFT這些理論才好理解。 |
10樓2015-07-31 09:29:48
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