光的粒子性:光子
簡介
阿爾伯特·愛因斯坦基於金屬在與光接觸時會釋放電子的事實,發現了光的粒子性。電磁效應與光的這種性質密不可分。根據阿爾伯特·愛因斯坦的理論,電磁能與量子顯著的能量包相關聯,這些能量包也稱為光子。根據先前和傳統的觀察,發射出的電子受光波長的影響很大。釋放出的電子直接受到光強度的影響。大多數科學家以前認為這是波。電子發射實驗與光子的光電效應有關。
光的粒子性的特徵
根據科學家的傳統概念,光以波的形式傳播。隨著光電效應實驗的進行,這一事實表明光具有能量包。除此之外,其他形式的能量也包含顯著的能量量子。光子僅僅是能量和包含能量的能量包的組成部分(Cardoso 等人,2018)。太陽將粒子轉化為光和熱等光子的例子是粒子重要的特徵。
發現較長的波比較短的波包含更少的能量。
較長的波主要呈橙色和紅色。
較短的波包含能量包和更高數量的光子。
波長能量越高,從金屬表面提取的電子數量就越多且更顯著。
光子的重要特性
光子被發現是輻射和電磁能量中最小的量子。
光子的能量可以表示為等同於振盪頻率。普朗克常數和光源的頻率也與光子的概念有關。
在“E=hv= hc/nλ”的方程式中,v指的是頻率。普朗克常數也由'h'表示在該方程式中。在該方程式中,A表示波長。
光子沒有電荷,並且本質上是穩定的。
光子的動量可以用公式p= hv/c表示。
康普頓效應也被稱為光子與電子相互作用時的連續現象。
理論上,光子沒有質量。
關於光子的有趣因素
X 射線、無線電波和微波是由光子組成的電磁能的一些重要例子。在空曠的空間中,光子即使在光速下也能傳播。光子的總電荷始終為 0,因此被稱為“電中性”(An 等人,2020)。另一個重要的事實是,光子不會衰變。
光子在真空中以 2.99*108 ms1 的速度傳播。
波粒二象性的本質
光子賦予每個粒子的特性,可以用其表示光的成分。波粒二象性與英國科學家托馬斯·楊提出的波的形式有關。根據他重要的干涉實驗,解釋了波粒二象性的真實本質。
圖 1:波粒二象性
單色波與這個概念密不可分。能量量子與光波以粒子的形式出現的事實有關。
雙縫實驗
光的二象性與楊氏雙縫實驗密不可分。在這種型別的實驗中,電子被發現卡在雙縫介質上。這些行為通常導致定義證明光的波動特性在本質上是顯著且獨特的(Alonso-Álvarez 等人,2020)。“光不僅是波,也是粒子”這句話可以被認為是這一論斷的證明。波和粒子的特徵都存在於光子的特徵中。
圖 2:雙縫實驗
當光與某些金屬相互作用時,光的性質會直接發生作用。在這個過程中也會發現自由電子。在光傳播領域,波動性很突出。光顯著地表現出波粒二象性,這在電磁場中起著重要作用。
德布羅意物質波
根據德布羅意的觀點,每種物質都具有波粒二象性。不同的物質透過干涉和衍射等波動特性表現出來。方程式 E=hv、p=hc/(λ) 對於理解物質的二象性非常重要。根據這個方程式,E 表示能量值,而 v 表示頻率值,h 是普朗克常數。普朗克常數的值可以表示為 6.627*1027。該方程式中的 c 表示光速,λ 表示光的波長。根據這個方程式,可以定義和解釋光與光電效應之間的關係。
圖 3:雙縫實驗
根據一些重要的質子特性來確定這些物質的值。兩個最重要的理論是“量子場論”和“海森堡測不準原理”。關於現代物理學,波粒二象性在分析電磁能方面發揮著重要作用。
光子的光電效應
1887 年,海因裡希·赫茲首次發現了光電過程。在光電效應中,材料吸收電磁輻射會導致帶電粒子從材料中釋放出來。
圖 4:光電效應
光電效應證明了光的粒子性(Döbrich 等人,2019)。
當光子撞擊金屬表面併發射電子時,就會發生光電效應。當光子擊中金屬表面時,如果光子能量低於閾值,則不會發射電子。但是,具有較高閾值的光子會導致能量從光子傳遞到電子,從而導致電子發射。電子發射依賴於光的波長。
結論
光的粒子性有助於提高光的整體強度。輻射過程也會影響光子的數量。光子的一個重要特徵是它不受不同磁場和電場的影響。光子是一種本質上是自旋 1 的粒子。光子的自旋軸本質上是平行的。光的偏振也受到光子特性的支援。在光子-電子碰撞過程中,動量和總能量守恆。光是由顯著的電磁輻射產生的,這有助於對電磁波譜進行分割。這種電磁波譜對人眼可見。
常見問題
Q1. 光子包含質量嗎?
光子沒有質量。由於光子沒有質量,因此它們遵循 E=pc,因此從動量中獲取能量。
Q2. 電子何時發射?
當任何物質受到顯著的電磁輻射照射時,就會發生電子發射。粒子的有效能量很有用,因為它有助於提高頻率水平。
Q3. 哪種型別的碰撞與光子的發射有關?
彈性碰撞,其中收集總動量和能量,與光子有關。光子在發生顯著碰撞後將能量傳遞給其他粒子。
Q4. 光子作為載體的另一個作用是什麼?
光子也被稱為電磁力的載體。光子構成光的重要組成部分。
Q5. 光的粒子性和波動性有什麼區別?
光的波粒二象性是量子力學的一個概念。光的波動性表明光表現為電磁波,而光的粒子性表明光是由稱為光子的微小粒子組成的。
參考文獻
期刊
Alonso-Álvarez, G.,Ertas, F.,Jaeckel, J.,Kahlhoefer, F. 和 Thormaehlen, L. J. (2020)。XENON1T 和恆星冷卻的光下隱藏的光子暗物質。宇宙學和天體粒子物理學雜誌,2020(11),029。檢索自:https://arxiv.org
An, H.,Pospelov, M.,Pradler, J. 和 Ritz, A. (2020)。太陽輻射和 keV 尺度暗物質對暗光子的新限制。物理評論 D,102(11),115022。檢索自:https://link.aps.org
Cardoso, V.,Dias, Ó. J.,Hartnett, G. S.,Middleton, M.,Pani, P. 和 Santos, J. E. (2018)。透過黑洞超輻射約束暗光子和類軸子粒子的質量。宇宙學與天體粒子物理學雜誌,2018(03),043。檢索自:https://arxiv.org
Döbrich, B.,Jaeckel, J. 和 Spadaro, T. (2019)。光束轉儲中的光。質子束轉儲中類軸子粒子從衰變光子產生。高能物理雜誌,2019(5),1-23。檢索自:https://link.springer.com
網站
Discovery (2022)。關於雙縫實驗徹底改變了現實
檢索自:https://www.discovery.com/ [檢索日期:2022年6月7日]