摘要：光子 是宇宙中最丰富的粒子：每个核子至少有 200 亿个光子。现代科学认为光子是一种没有结构或大小的基本粒子。从经典量子力学的角度看，光子作为量子粒子，具有粒子波二象性，既具有粒子的性质，又具有波的性质。

基本粒子，电磁场的量子。电磁辐射以光子的形式发射和吸收。它兼具粒子和波的性质。它既没有电荷，也没有质量。

光子的艺术描绘

光子 是宇宙中最丰富的粒子：每个核子至少有 200 亿个光子。现代科学认为光子是一种没有结构或大小的基本粒子。从经典量子力学的角度看，光子作为量子粒子，具有粒子波二象性，既具有粒子的性质，又具有波的性质。

我们可见的整个宇宙的99.99%是由电磁基本相互作用描述的。简单来说，我们观察、遇到和感知到的一切都是由电磁力体现出来的。这意味着所有这些过程都可以简化为两个粒子——一个电子和一个光子，作为电磁波的载体。

光子的艺术描绘

中世纪的科学争论十分激烈，例如光的粒子波二元论。当时的科学家们对于光是粒子流还是波无法达成一致。

第一种理论和第二种理论的支持者都有各自的论据。波浪假说的热心支持者是克里斯蒂安·惠更斯，粒子假说的热心支持者是艾萨克·牛顿。

克里斯蒂安·惠更斯与 1690 年发表了他的关于光的论文《光的特质》。在书中，他将光描述为通过以太移动的波，以太被认为可以渗透到太空中。

艾萨克·牛顿在其 1704 年出版的《光学》一书中表示他不同意。当光从表面反射时，它就像一个弹跳的球；它接近表面的角度等于它反弹的角度。牛顿认为，如果光是由他称之为“微粒”的粒子组成，那么这一现象就可以得到解释。

克里斯蒂安·惠更斯·范祖利汉姆是一位荷兰机械师、物理学家、数学家、天文学家和发明家。

托马斯·杨于 1801 年进行了双缝实验。在实验中，杨将一束光线穿过两个并排放置的小孔，发现穿过小孔的光线形成了特定的图案。每隔一定时间，来自两个孔的相交波就会发生干涉，要么发生建设性干扰（结合起来使光更亮），要么发生破坏性干扰（相互抵消）。就如同波浪一样。大约五十年后，另一项实验终于使克里斯蒂安·惠更斯的模型脱颖而出。

1923 年，阿瑟·康普顿 为艾萨克·牛顿的光模型提供了额外支持。康普顿将高能光照射到材料上，成功预测了碰撞中释放的电子散射的角度。他通过假设光的行为就像微小的台球一样来做到这一点。

著名化学家吉尔伯特·刘易斯 (Gilbert Lewis)为这些“台球”起了名字。在 1926 年写给《自然》杂志的一封信中，他将它们称为“光子”。

阿瑟·霍利·康普顿是一位美国物理学家，1927 年诺贝尔物理学奖获得者。美国国家科学院院士。

近年来，科学家对光子的思考方式不断演变。首先，光子现在被称为“规范玻色子”。规范玻色子是携带力的粒子，允许物质粒子通过基本力相互作用。

例如，原子之所以能粘在一起，是因为原子核中带正电的质子与围绕其旋转的带负电的电子交换光子——一种通过电磁力进行的相互作用。其次，光子现在被视为一种粒子、一种波和一种激发——有点像量子场中的波。

出现了一个有趣的情况：两种严肃的科学理论并行存在，每种理论都解释了光的一些特性，但无法解释其他特性。总之，这两种理论相互补充，堪称完美。这样，我们就接近了光的粒子波性质的概念。

杨氏实验是托马斯·杨进行的双缝实验的第一个版本，证明了光的干涉和衍射，从而证明了光的波动理论的有效性。实验结果于1803年发表。

一方面，如果障碍物的特征尺寸与光子的波长相当，则光子在衍射和干涉现象中表现出电磁波的特性。

干涉是两波重叠并形成所谓“最大值”和“最小值”——最亮区域和最暗区域的现象。

衍射是波在遇到前方障碍物时发生弯曲的现象。由于衍射，光可以绕过障碍物并照射到从几何角度来看应该有阴影的地方。

例如，一系列具有频率的单光子穿过双缝，在屏幕上产生干涉图案，可以用麦克斯韦方程来描述。

肥皂泡上光干涉的一个例子。这种现象通常以空间中光强度的交替变化为特征。

然而，实验表明，光子完全由尺寸比光子波长小得多的物体（例如原子）发射和吸收，或者一般来说，可以近似地被认为是点状的（例如电子）。

因此，光子在发射和吸收过程中表现为点状粒子。

光子是一种无质量粒子（没有静止质量），没有电荷，并且只有以光速运动时才能存在。在量子电动力学中，光子是规范玻色子（具有整数自旋的粒子）。

简单来说，它就是基本电磁场的载体。尽管如此，光子的总能量是根据振荡频率计算的。能量最低的粒子频率较低（例如无线电波），而能量高的粒子频率较高（X射线和伽马辐射）。因此，这种依赖性与波长成反比。

CCD 矩阵捕获的光子束，其颜色反映了波的强度。

光子直接或间接地参与所有基本相互作用。除了电磁力之外，这还有光的强偏转（π介子的光生效应）和引力偏转。

需要注意的是，光子与其他基本粒子不同。首先，它是一种真正中性的、不带电的粒子。也就是说，他没有自己的反伙伴，即使是假设性的，原则上的。其次，光子的零质量引发了长期的争论——它真的完全为零吗？最后，竟然是完成了。

当20世纪初量子力学刚刚出现时，人们就已经知道物质中存在所谓的自发辐射。也就是说，任何由原子组成并吸收光的物体也会发射光。自发辐射机制是由狄拉克和爱因斯坦创立的。原来，当一个原子吸收一个光子时，它的电子就会移动到一个新的能级，而它只有通过发射光子才能从这个新的“激发”状态移动。

空间中光子的自旋估计值。

简而言之，该机制可以描述如下：如果处于上激发态的原子吸收了一个光子，它会以与被吸收光子相同的方向、相位、极化和动量发射该光子。结果，形成了相同且单向的光子“雪崩”——相干辐射。

如上所述，光子的静止质量出现了一个有趣的情况。尽管量子力学公式表明它“必须”等于零，但疑问仍然存在。直到一项实验表明，如果光子具有静止质量（即使小到可以忽略不计），夜空中的星系就会因光在真空中的散射而变得模糊。

光由称为光子的基本粒子组成，光子没有质量或电荷。黑洞附近有所谓的光子球，这些区域的引力非常强，以至于光子开始在轨道上旋转。如果观察者进入光子球，理论上他可以看到自己的背面。

光子的艺术描绘

光在透明介质中传播的速度比在真空中传播的速度慢。光子在从太阳核心到太阳表面的途中会发生多次碰撞，单个粒子需要大约一百万年才能穿越这个距离。

鉴于我们的星球到太阳的距离约为 1.5 亿公里，光子在开放空间中从太阳到地球的飞行时间仅为 8 分钟多一点。

来源：抖看世界