光子是什么(光子是什么东西？)

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正文

1、光子是什么东西？

1951年的时候爱因斯坦曾经说过：“整整50年的时间思考，但我还是没有接近'光子是什么'这个问题的答案。”我们知道，正是爱因斯坦的光子说使光电效应得到完美的解释，因而成为光子的发现者，但这个伟大的发现者也不知道光子到底是什么。可见题主的问题有多难。

那现在人们有很好的答案了么？仍然没有。“我们今天对于光子的无知和52年前爱因斯坦说的差不多。”——2003年量子光学家A.Zajonc说。

目前对于光子的理论模型有很多，粒子模型、光源子模型、奇点模型、波包模型、波粒二象性模型、量子电动力学模型（QED）等等。但是结论对于光子的本性问题仍然没有解决。

具体的理论介绍不过多阐述了，但有几点误区是可以在这里说一下：

1、光的速度并不是30万公里每秒这么规整，光在真空中的速度是299792458m/s，我们通常说的30万公里每秒是一个近似值，这个数值的来源就是实验测量，没有那么完美，因此不要强加附和传奇色彩。

2、光子理论上就是个粒子，粒子有别与刚性球体，不能测量固定的长度大小，就类似于数学上的点。因此就目前的理论来说，光子的大小是没有意义的，光子就是一个不能分割的点。（图示中的圆形只是为了方便理解，并不是光子真正的形状）

3、光子的静质量为0，但因为其高速运动，根据E=mc²，运动的光子是具备能量的（即存在动质量）。

4、光速恒定并不是单纯指光的最大速度为299792458m/s（真空），光速恒定原理指的是无论运动者相对光源如何运动，其观测的光速都是299792458m/s（真空）。正是这个有悖常识的光速恒定，才有了后来的相对论。

科学的基本观念本质上大都很简单，通常都可以用人人皆知的语言来表达。——爱因斯坦

2、光子是什么？光的本质是什么？

按照传统的机械分类，自然界是由空间、能量和物质构成的，强调的是三者的分立。如果按照现代的有机分类，自然界是由基态量子、激发量子和封闭量子构成，侧重于三者的有机联系。由无数个离散的基态量子形成了物理背景即空间；对基态量子的激发就产生了光子（根据不同的能量可以进一步细分为光子、X射线、中微子等），激发量子的群体宏观效应就是电磁波和各种不同的场如引力场和电磁场；由数个高能激发量子组成的封闭体系就是物质。类似水分子在不同的温度下有气、液、固三态，自然界也是由量子的三种状态及其相互作用和转化为存在方式的。量子的夲征参量是普朗克常数h，即量子的角动量，具有不变性。所以，光子的本质是激发量子，属能量的范畴。当能量降低时可以还原为基态量子，当能量极大时又可以形成封闭体系。

3、光子有质量吗？有什么科学依据吗？

作为大学物理学教授，我试着来回答你这个问题，希望普通的读者也能明白。

光子，光的能量量子，是最初普朗克为了解释黑体辐射时提出来的概念（假说）。它与后来的康普顿散射实验、爱因斯坦光电效应方程等，共同证明了光也是粒子，这样完善了人们对光的本性的认识：光是波和粒子统一体，光具有波粒二象性（光的波动性为以杨氏双缝干涉实验为开始的一系列干涉、衍射实验所证实）。

好，铺垫结束后回到问题本身，光子是否具有质量呢？

质量，是所有粒子的一个重要特性指标，光子当然也不例外。也就是说光子具有质量。那么光子的质量是多少呢？

依据爱因斯坦相对论理论，光在真空中的速度为c，是完全相对论的，其质量与能量满足质能关系，即E ＝mc^2。而我们知道，光子的能量满足E＝h[niu]（希腊字母），这里h为普朗克常数，[niu]为光的频率。因此，光子的质量为m＝h[niu]/c^2。可见，不同频率的光子，具有不同的质量。

需要指出的是，上述光子的质量，是相对论质量，也就是光子以光速运动时的质量，称为动质量。而光子没有禁止质量，即光子的静止质量为零。

4、光子是量子吗？光子与量子有什么不同？

自然界是由量子构成的，无数离散的基态量子组成空间，激态量子成为光子、中微子和各种场，数个高能激态量子可以形成封闭体系即为物质。这是从有机系统的角度来对空间、能量和物质进行分类的。上述三个不同的状态（基态、激发态和封闭态）会根据能量的变化进行相互作用和相互转化，类似水的气、液、固三态。

5、光是什么，光子又是什么？

光主要是指可见光，是波长在400～700nm（纳米，10∧-9米）的电磁波。

它只是电磁波上的一小段。组成光的最小单位就是光子。光子是电磁辐射的量子（即：所有电磁辐射的最小组成单位）。在量子场论里是负责传递电磁力的力载子。它的静止质量为零，所以，它一诞生速度就是光速，没有加速的过程。

它具有“波粒二象性”，即：它同时具有粒子性和波动性：

从光射入一条狭缝在后面的幕布上形成的条纹可以看出：条纹的中间部分亮度最大，向两侧亮度逐渐减小。这就是光的粒子性的体现。就像用机枪射击一条狭缝一样，狭缝后方的标靶中间中弹的几率最大，向两侧中弹的几率逐渐减少。

光的波动性从杨氏双缝实验可以清清楚楚的看出来，光在通过双缝后在幕布上形成了一条一条的干涉条纹。

值得说明的是，哪怕是单光子的双缝实验也会在幕布上形成干涉条纹。但如果在两条狭缝处安装一个测量设备，探测光子到底从哪一条狭缝通过，光子就不会体现出它的波动性，也就是不会形成干涉条纹。

就简单的说这些吧！

6、质子，电子，光子这些粒子到底是什么？该如何定义它们，是实物么？

要想回答光子、电子和质子等基本粒子是什么，它们之间的关系是什么，需要有一个认识的前提，即自然界是由什么构成的，是如何构成的？

根据现有的认识，自然界是不连续的，存在着质的变化。宇宙是自然界的一部分，在其解体之前，是一个相对独立的个体。如果自然界是一池清水，那么我们的宇宙只是水中的一个气泡。当宇宙解体之后，就会还原为水，等待着下一次的扰动。

宇宙是由普朗克常数h定义的量子构成的，离散的基态量子构成空间，受到激发的量子成为光子、x射线和中微子等属于能量的范畴，由高能量子组成的封闭体系就是物质。

类似原子光谱，封闭体系中的量子，根据能量的不同，存在着一系列不连续的能量状态，即是量子化的。电子和质子是两个基态，而各种轻子和重子分别是电子和质子的激发态。激发态的能量越大就越不稳定，会释放能量跃迁回基态，表现为寿命越短。

所以，光子和电子及质子是有区别的，前者是离散的，静质量极小；后者是封闭体系，封闭了高能量子，因而具有较大的静质量；电子和质子的激发态就是其他的基本粒子。

由此，我们形成了一个有机的量子景观，宇宙中的一切物体和现象都可以由量子的不同状态及其相应的变化来予以说明。