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量子光学为什么和经典理论有矛盾 已有9人参与
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请教各位物理专家,解释我多年百思不解的疑问。 1、 光是电磁波,光具有波粒二象性:顺理成章光子就必然被认为是电磁辐射的载体,而在量子场论中光子被认为是电磁柤互作用的媒介子。处于绝对 零度附近的一些物质有超导电性和抗磁性,外于这一温度区的热辐射接近于零,没有光子交换,强大的电场磁场如何体现。或者说两个都处于基态的电子,无法产生光子,也不存在交换光子,相互之间就没有作用力了?这个结论是否与电磁理论矛盾了? 2、电子对之间由于电磁力造成的相互排斥,可以认为是电子对之间交换了光子(光的粒子性)的过程。这里做一个假设:光子是由一个平面镜反射后交换的,这一电子对间的斥力方向会不会偏离两电子的连线? 3、按照电荷之间的作用力可以用交换光子来表达,只要频率相同的光子,能量一定相同,动量也一定相同,不论两点电荷距离远近,只要交换的光子数量一样,频率一样,作用力的大小也一定相等,而库仑定律中两点电荷的作用力大小与两点电荷距离的平方成反比,这是我在什么地方理解错了? 4、爱因斯坦解释光电效应是光子通过碰撞反冲出电子,康普顿解释康普顿效应是光子通过碰撞改变了自身的频率,光是粒子,就一定会发生碰撞。由光的干涉现象说明光子之间可以实实在在的发生作用,而光的独立传播理论又说两束光相遇后,仍然保持它们各自原有的特性(频率波长振动方向相位等)不变,仍然按照自己原来的传播方向继续前进,好像在各自传播过程中没有遇到其他波一样。特别的太阳光经过平面镜90度反射后,应该有数量巨大的光子碰撞到一起,为什么看不到碰撞后的漫反射现象? 5、光子有相对论质量,有动量,是粒子,能碰撞,应该就有动量的矢量叠加效应,在光子反冲出电子的光电效应中,就应该出现频率低于截止频率的多个光子多次碰撞,通过动量的矢量叠加效应撞出光电子来(光子的速度永远大于电子的速度),为什么通过伟人的解释就没有矢量叠加效应了? 6、α粒子和光子都有波粒二象性,α粒子散射实验证实――微观世界是比较空旷的核式结构;α粒子经散射后向各个方向飞去,光子经过反射、折射为什么传播方向如此一致,都严格遵守反射定律、折射定律? 7、光子和电子都有波粒二象性,光在真空中的传播速度是299792458 m/s。光在玻璃中的速度:2.0×10^8m/s 。光在没有外力作用下,从真空射入玻璃,再从玻璃射入真空,速度发生了由高到低,再由低到高的变化,变化方式是台阶式的跃变,不存在渐变;在光电效应中,由于不同频率的光照射金属,产生的光电子有不同的遏止电势差,说明光电子产生后有不一样的速度,电子、质子、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,速度才会发生渐变,这是为什么? |
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21楼2015-08-02 11:33:28

23楼2015-08-02 15:44:35
walk1997
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3楼2015-07-30 20:36:54
walk1997
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试图仅用文字来精确回答或者理解这些问题 实在有些困难 只能说下个人图像上的观点 不敢保证很准确 (1) 相互作用和交换粒子之间的关系。用交换一个粒子等来描述相互作用,只是其中一种比较形象的方式, 在这种描述中,相互作用是通过交换非物理的虚粒子来实现的。所以在你第一问中 你说"或者说两个都处于基态的电子,无法产生光子,也不存在交换光子" 其中"不存在交换光子" 这个理解是错误的,同样交换光子和热辐射也没关系。 (2) 电子-电子之间的相互作用相比经典图像要复杂一些,不能单用力来描述之,更难以谈论力的方向,另外,原则上可以交换多个虚光子。 你的假设看不出有理论的基础和实验基础? (3) 同(2)这种交换只是一种等价的描述,不要经典的力的概念来刻画它。另外,“交换"是非物理的虚光子,你的说法"只要频率相同的光子,能量一定相同,动量也一定相同"是不对的 (4) 光子和光子也会发生碰撞的,只是在低能下估计弹性振幅很低很低,在粒子物理实验中,高能的双光子对撞实验有很多. 关键是要注意振幅的大小,而能量又大致决定了这点 (5) 原则上,一个电子差不多同时吸收2个光子然后跑出来是可能的,但是这个振幅很低很低,因为电磁相互作用是个相对较弱的过程,正常情况下多一次相互作用,平庸的说 振幅下降1/137。 (6) 还是碰撞几率问题,不同的碰撞过程,对于不同的末态有不同的几率。光的反射定律也不是完全绝对成立,你前面提及的康普顿散射不就是么? (7)光子的速度并没有发生变化,你说的不是真实粒子的速度。需要注意不随意混淆,注意求证书上所说的(理论和实验现象上)根源。 |
7楼2015-07-31 09:08:16
walk1997
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呵呵 自然科学自然是需要数学才能精确理解 不然 还谈不上严谨理论 顶多只能称为唯象模型 正如人和人之间的深入交流是需要语言的 数学是精确描述自然现象的语言 离开这门语言 象你谈论的这些 在我看来 更像是类似艺术或者宗教的东西 (艺术、宗教还追求自我完整的理念,你讨论的则更加无章法 和科学追求的真 艺术追求的美 无关 更接近宗教追求的信仰 可惜是偏执的信) 你说 你现让我给你马上找出数学中的虚数单位i? 呵呵 个人感觉你的这种说话方式透露出两个意思 1. 你是个权威者,动不动让人马上做什么做什么,这不像是真做学问的人应该有的气质。有时候见到有院士对年轻人都弯腰打招呼的,那种气质才叫人真感动,感动于做学术的谦卑和自信。 2. 你对语言的理解不够深入,语言是人类的创造,没说它就和你看到的要一一对应,在语言中,我们引入太多的辅助工具,来更好的表达某些性质。 btw 类似帖子里面,我也强调过 现代物理,有时候不得不引入非物理的东西来描述,不知道为了简洁,这是不是必须? 这倒是个问题 花时间回复你的所问所写,主要还是为警醒自己,也希望能给看到帖子的人一点提醒和启发。这是好的例子 |
26楼2015-08-02 22:26:49
4楼2015-07-30 22:16:05
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依你的意思,如果一个正、负电子对涅没形成一个电子中微子,这个电子中微子在光子作用下,可以生成多个正负电子?这样的粒子数守恒都不满足?那么,这样的科学理论,一定是唯心的!与时间机器的创造,同样不可思议。难怪有人宣称学懂了。我想说:没有精子和卵子的相遇,不可能凭空创造生物;没有物质,不可能凭空就产生和创造物质!巧妇难为无米之炊!我觉得,你的“即使没有电子这些东东,只要有温度光子也会‘无中生有’“,很让我诧异!到底物理学是唯物主义的科学,还是唯心主义的伪科学?我不再和你争了。 如果宇宙空间粒子是凭空产生的,哪天,就会凭空消失,宇宙,变成什么都没有的虚空。我多么希望学物理的人,能够正确对待物质世界的规律!不再蛮不讲理地胡说八道!因为爱因斯坦的奇点产生宇宙,导致弦论的产生,最后说”粒子是有普朗克长度的弦的震动产生“,于是粒子没有了大小。可怕!问题是:怎么滴就产生了具有0.1飞米数量级的原子核? 好像有人没有看《原子核物理》。 |

25楼2015-08-02 17:56:15
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一个质子与一个负电子作用,不可能产生两个中子。一对正负电子涅没,不可能产生两个或两个以上的电子中微子,只能产生一个电子中微子。否则,宇宙的物质就会自然增加。这不可能!物质可以相互转化,但不可以凭空消失或凭空产生。正如你的存在,不可能在睡一夜以后,能够产生另一个你,和你相同,而且在一起!电子中微子与光子作用,变成正负电子对,正负电子对涅没产生光子和电子中微子,其中的任何粒子,都不可能增加。 我说的粒子数守恒,指的是粒子相互作用的前后,该粒子以相同数目存在于宇宙空间,只是其存在的方式的变化:组合、分解、转化等等。就如化学反应一样,反应前后,物质的原子和同一原子的原子数不变。而我指的是组成复合粒子的粒子元素不变。 ”所谓黑体辐射其实是表明即使没有电子这些东东,只要有温度光子也会‘无中生有’“,这其中表明,粒子可以凭空产生,原粒子数量可以增加。 当然,你是按照书本说的,在书上,我也看到过同样的话。只是,我感觉其中有误!我记得是英国物理学家霍金讲过。这是不负责任的讲法。否则,原子也可以凭空产生,而且在化学反应前后,物质的量无法定性分析。 薛定谔方程对粒子数变化问题的束手无策,表明薛定谔方程不能完全解读宇宙空间的粒子的所有特征。一个数学公式,未必能够给出某一事物的全部信息。 我不和你争了,如果你把粒子的相互作用,与化学反应的形式对比,不难断定,同一粒子的粒子数,不可能变化,只是形态变化。薛定谔方程不能解答化学反应的实质性问题,必定不能解答粒子数的问题。 |

32楼2015-08-03 07:50:50

37楼2015-08-03 08:11:59
ahui65014
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41楼2015-08-03 08:54:33
walk1997
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个人感觉 你上面满满对科普的误解 和 想当然的错误 别人指出你这边的错误 你立马调头顾左右而言它 这样东一枪 西一棒的讨论方式 很不可取 1. 电子质子到中子 反中微子的过程 这主要是弱作用的过程,不是强相互作用的过程 (如果你想讨论这过程的强相互作用 那该是强子化的非微扰问题:夸克如何形成核子 和反应本身没关系) 2.质子和中子的转化,怎么是交换夸克实现的,哪本严肃的粒子物理书上这么论述的? 形象些说 这是夸克吸收/放出带电W玻色子后味道改变的过程 3. 夸克除了参与强相互,也参与弱相互作用,也参与电磁相互作用,你想当然的感觉 “夸克是重子,参与强相互作用。请问,在这个过程中,到底电子参与了强相互作用还是没有?" 电子夸克都参与的弱作用而已 4. 你又扮演权威者的角色了,喜欢质问别人”你在哪个实验室,看到了单个的夸克的存在?” 这种讨论问题的姿态/方式也很不可取,值得大家警醒 |
51楼2015-08-03 10:15:04
52楼2015-08-03 10:25:04
纳米材料753
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2楼2015-07-30 16:55:08
5楼2015-07-30 22:18:42
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6楼2015-07-31 08:26:22
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真的很难回复你啊。因为若不理解量子场论的话,都不知道该如何跟你解释。 比如3吧,两个电子在哪,然后中间呢可能会有光子交换(而且不是单纯的一个光子的交换,中间光子还可以裂成正电子与电子然后又变成光子,总归很复杂),但一定时间里有多少个这些是要用量子场论算出来的,A Zee的QFT in a nutshell的好像很前面用一个简单的方法说明了为什么核力是汤川势,为什么电磁力跟距离平方反比,且有一个负号。但具体算的时候好像还蛮烦的,关键还要重整化什么的。 像1的话,要区分黑体辐射的频谱与有电子时的光子是不一样的。所谓黑体辐射其实是表明即使没有电子这些东东,只要有温度光子也会“无中生有”。而电子发出的光子可以理解成是“定向”的光子,这里并不矛盾。 我说的也一定正确。特别是可能并不精确。 |

8楼2015-07-31 09:12:36

9楼2015-07-31 09:21:40
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你的这些问题,其实蛮有意思的。像M.D. Schwartz最近的一本书QFT and Standard model这本的前言的第二段就讲到: 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? 因此有时日常很简单的问题可能是需要QFT这些理论才好理解。 |

10楼2015-07-31 09:29:48












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