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zqw105589

铁杆木虫 (著名写手)

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[求助] 量子光学为什么和经典理论有矛盾已有9人参与

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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1楼 2015-07-30 16:44:59

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即物穷理

银虫 (初入文坛)

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【答案】应助回帖

我不是学光学的，说说个人对问题的理解，不能保证其正确：
（3）传递电磁相互作用的不是普通的光子，而是虚（virtual）光子，虚粒子是在不确定度原理内凭空产生或湮灭的，是不能被直接探测的。因此两静止点电荷之间的库仑力是通过虚光子（宏观上称为：静电场）来实现的，因此在量子力学中由于测不准关系：dE*dt=h; dp*dr=h;其中dt和dr分别是虚光子传递电磁力的时间和空间，若虚光子数为N，则根据经典力学，库仑力F=dp/dt=h/dr/(dr/v)=hv/(dr)^2，这就简单证明了库仑力与两电荷间距dr的平方成反比，（具体见http://www.guokr.com/question/545354/）
（4）对于光在介质表面的反射（不涉及到光子被材料的吸收），因为光子的有效质量远小于电子，(电子9.042×10^-31kg, 而光子1.5×10^-55kg)，即使考虑光速大于电子速度，电子的动量也远大于光子的动量，因此光子在介质表面的反射问题，就相当于一个非常非常小的乒乓球（光子）撞击墙壁（表面电子或内部电子），必然会反弹回来，这就是光反射的解释，而光子之间的相互作用（光子传播方向以外的碰撞）是可以忽略的，
（5）光电效应涉及到介质表面的电子吸收光子的问题，因为能级是量子化的，因此只有基态电子吸收到足够大频率的光子，才能跃迁到激发态，而截止频率以下光子是不可能通过一次或多次碰撞，而使得基态电子激发的。
（6）a粒子的散射问题，因为a是氦核是带电粒子，与靶原子核是相互排斥的，因此在不同位置入射，具有不同的散射角。