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百科精品:3.1-1:物質粒子和能量子有相同的來源嗎?(多圖) |
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宇清
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【人民報消息】前面我們談到了光子。一個光子是多少能量呢?在物理學上有一個公式:E=hν,這個字母ν表示頻率。公式表示光子能量和頻率的關係。比如紅光的頻率比較低,那麼一個紅光光子的能量就低;而紫光頻率比較高,表示紫光光子能量比較高。
這樣就帶來一個問題:同一個頻率的光子可以看成相同的能量子,那不同頻率的光子就是不同的能量子。光波的頻率是從低到高連續的,那這光子不是有無數種嗎?怎麼能稱為「基本粒子」呢?
(一)能量子的來源
我們可以換一種理解:
把一個光子看成是更小的能量小組成的,叫基本能量子,也叫h子,它的能量就寫成。一個光子是由多少個h子組成的,它的能量就是多少個。這樣一來,就成了下面的對應關係:
表示一個h子的能量,n表示一個光子中所含的h子的數目,E表示一個光子的能量。
這樣就很好理解了。光子中所含的基本能量子越多,光子的能量就越大。
 光波(電磁波)中含有電(E)和磁(B)的成分。(AI製圖) |
h子構成光子,可以構成許多種,不同的光子中所包含的h子數量是不一樣的。光子中所含h子特別少的,叫無線電波,它的穿透能力特別弱,但衍射能力特別強,就是遇到障礙物就拐彎過去,所以我們的手機在房間裡也能收到信號。光子中所含h子比較多的,就叫做可見光,我們眼睛可以看到。所含h子特別多的,有X射線和射線,它們的穿透能力就特別強。所有電磁波的家族,就像一個族譜,我們叫做電磁波譜。
目前還有的家庭使用日光燈,日光燈的燈管裡邊發出的電磁波中其實有大量的紫外線,對人是有傷害的。不過不用擔心,在日光燈管上塗有一層熒光粉,它的作用就是吸收紫外線,然後放出可見光,對人就沒有傷害了。這個熒光粉的作用,就像是把一根很長的大蔥,切成好幾根短短的蔥段。不同數量的h子,組成了不同的光子。
我們還知道,變化的電場可以產生磁場;變化的磁場也可以產生電場。這樣相互產生,就形成了電磁場。電磁場向遠處傳播,就是電磁波。而光也是一種電磁波。
這樣看來,電場、磁場、電磁場和電磁波(光波),它們都是親戚了,由同樣的粒子——h子組成的。
那麼,它們之間的轉化,就像是化學反應一樣,只是h子構成不同的能量子時,結構的改變。這與石墨和金剛石的轉變也有類似之處。
同時,無論電場子、磁場子和不同的光子之間如何轉化,組成它們的更小的粒子——h子是不變的,這就是能量轉化中的守恆。
(二)物質粒子的來源
在現代物理學的標準模型中,認為電子是基本粒子。但同時,又有另外一個現象:就是正負電子對的湮滅:
一個正電子和一個負電子相撞,然後都消失了,而出現了一對能量很大的光子——(伽瑪)光子。
如果不是正負電子轉化成了光子,那它們哪去了?這違反了物質不滅。
如果光子不是正負電子轉化來的?那它們從何而來?這違反了能量守恆。
我們只能認為,電子轉化成了光子。
那為什麼能轉化呢?就像金剛石可以變成石墨,卻變不成黃金一樣。因為組成金剛石和石墨的下一層粒子都是一樣的,都是碳原子。而變成黃金,除非發生核反應。
也就是說,電子和光子有黃同的來源:都是h子組成的。
中子可以變成質子,放出一個電子來;質子也可以變成中子,放出一個正電子來。這又說明,質子和中子也是由h子組成的。
而所有的原子,都是由質子、中子和電子組成;所有的分子都由原子組成;所有的物質都由分子或者原子組成。那麼,一切物質都由h子組成,一切能量也都由h子組成。
H子是組成一切物質和能量的「基本能量子」。
如果這樣的話,那光子是否可以變成正負電子呢?真可以。
英國科學家做了高能光子碰撞產生正負電子的實驗,科學家首先用高能激光加速電子,當電子接近光速後撞擊金箔,就可以產生能量更高的光子束。然後科學家把高能光子引入黃金製作的容器中,使兩個高能光子發生碰撞,就能產生正負電子被儀器探測到。
在科學的前沿,同一種現象,不同的人會有不同的解讀。科學的每一步發展,都是對先前理論的突破,甚至否定。而更新的理論,又是對這個理論的突破。科學就是這樣發展過來的。
所以有科學家戲稱:科學總是從一個錯誤走向另一個錯誤。
如果有人堅持說,哪個理論是牛頓說的,是愛因斯坦說的,怎麼可能錯呢?回顧科學發展的歷史,可以看到,當年牛頓從默默無聞到創立他的學說的時候,他承受的不也是這樣的壓力嗎?當他成名之後,愛因斯坦創立他的相對論的時候,不也有大量的人又利用牛頓的理論來打擊愛因斯坦嗎?歷史的教訓太多了。
(三)如何理解?
以水為例。在常溫下,水是液態的;溫度太低,它就結冰,成為固態;溫度太高,它就飄散到空氣中,成為氣態。水還是水,狀態不同而已。
能量也是一樣,把它固定成一種結構,它就是物質粒子;像能量場那樣的存在,就是「液態」的;像光一樣飛出去,就類似於「氣態」。
拿螃蟹來比喻。自由爬行的螃蟹就像是能量;用繩子紮起來,不能動了,就是物質。
(人民報首發)
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文章網址: http://www.renminbao.com/rmb/articles/2025/9/3/92151b.html |
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