光子是真实存在的粒子吗

Question

如题所述

Answer 1

“如果光没有实体，不是粒子”，这样的“如果”并不存在，所以我不能回答它。
现代物理学的研究成果告诉我们，光是粒子，同时也是波，不存在光“不是粒子”这种假设。
光照射在我们的身体上会使我们温暖，光照射在绝大多数物体上都会产生热，热量究竟是怎么产生的？这是我们接下来需要讨论的问题。
光子是粒子
我们知道，阳光是由无数个光子组成的，从量子物理的角度，光子是规范波色子。经典电磁理论认为光子的静止质量“严格为0”，并且不带电。
但2003年由华中科技大学罗俊院士率领的一个科研团队经过精确测量后认为光子是有静止质量的，它的静止质量小于1.2×10^g，这一实验结果已被国际粒子物理数据组收录。如果罗俊院士团队的成果得到证实，就意味着经典电磁理论中光子静止质量“严格为0”将根本性地改写，同时也意味着在真空中的光速可能并不唯一，光的频率波长不同，速度也会不同；光子不仅会水平振动它还将垂直振动，光的偏振态从现在的2变成3；电荷将不守恒；麦克斯韦方程组要修改；黑体辐射公式要修改；电动力学的规范不变性将修改；电磁力变成了非长程力......一个更加严重的后果是，目前最成功的量子电动力学将变得无效！罗院士俨然成了闯进物理学“天宫”的孙大圣。
事实上并不存在静止的光子，它动起来很快，在真空中光子的运动速度是每秒约30万千米，运动的光子具有质量、动量和能量。
光并不是东一个西一个向前运动的独立的粒子，实际上光是相互叠加在一起的能量，所以光子又被称为“光的能量子”，或者“能量子”。每一个能量子同时又是波，它有波粒二象性。
光子是波
宇宙中任何温度高于绝对零度的物体都会向外辐射能量，这个辐射出来的能量就是光。事实上到目前为止人类还没有发现宇宙中存在温度小于等于-273.15℃的物体，也就是说宇宙中的一切物体都发光。
光是能量辐射，是粒子，也是波。
我们在前一节中介绍了，光是由无数个“光的能量子”相互叠加构成的。这些能量子有波的特性，一束阳光中同时有许多γ射线波、X射线波、紫色外线、可见光、红外线、微波和长波，这些光波各有自己的波长和频率。而我们人眼所能看到的光波只限于波长为380～780nm、频率范围大约为4.2×10^14～7.8×10^14Hz区间所有光。
当光照射到我们时会发生什么？
阳光在照射到我们脸上之前，它会被地球的大气层吸收掉相当多的光子。绝大多数的伽马射线和X射线被大气层吸收，地球大气的臭氧层又吸收了波长在306.3nm以下的紫外线，为我们人类提供了非常好的保护。
能够顺利穿过大气层到达地面的，除了波长在306.3-380nm的紫外线、380～780nm的可见光和一部分红外线外，其它大部分都被吸收和反射掉了。
那些没有被大气吸收的光照在我们的脸上，其中一部分光会被反射。我们周围绝大多数的物体都会反射可见光，否则它们会是全黑的，我们就看不见它们。我们照镜子看见自己，那是光从脸上反射到镜子，再从镜子反射到我们眼睛里所产生的图像。
没有被反射回来的光，它的光量子会激发我们皮肤表层的电子，使原子获得能量。原子因为能量的增加振动频率加快，从而产生热能，于是我们会感觉温暖。如果阳光更强烈一些，我们会觉得很热，因为阳光中大部分的红外光没有被大气吸收，它们照射在身上会产生热效应，皮肤为了散热会分泌汗液，通过汗液的蒸发将热量带走。
普通的照明灯光中红外光的光谱比较少，所以在灯光下我们通常不会觉得很热，但如果你用手触摸灯罩，还是会感觉到温度上升，这基本是各种波长光加热的结果。
人体也会通过辐射远红外线的方式向外发光，只不过我们肉眼看不见这种波长的光，当我们用手靠近皮肤时，会感觉到远红外线辐射的热量。远红外线可以被仪器探测到，像非接触式体温计、红外夜视仪、远程体温测量仪都是利用了人体辐射远红外线的原理制造的。
总结：
光是粒子，世界上不存在不是粒子的光。
光同时也是电磁波，光同时具备粒子和波两种特性。
我们肉眼可见的光只是自然界所有光谱中的极小一部分，绝大多数的光我们都看不见。
运动的光子携带能量，光子又叫光能量子。
当光照射到我们脸上时，它的能量会使细胞的原子加速振动，从而产生热能；红外线的热效应明显，它会使我们觉得很热，从而出汗，通过汗水蒸发将热量带走。
我们人体也会通过辐射远红外线进行散热。