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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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walk1997

金虫 (著名写手)

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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。