光子是什么

• 作者: 黄志洵
• 来源期刊: 前沿科学
• 学科: 物理学
• 关键词: 光子 量子力学 量子电动力学 Proca方程组 真空中光速
• 年，卷（期）: 2016,（3）
• 页码范围: 75-96
• 页数: 22页
• 分类号: O413
• 字数: 21762字
• 语种: 中文

摘要

通常认为光子是电磁场量子,亦即电磁场经量子场处理后形成的方程可以描写光子.然而在物理思维上存在困难,例如很难了解光子物理形象的动力学.非相对论量子力学(例如Schr(o)dinger方程)决定,用波函数ψ(x)描述的电子定位是在空间中的几率性分布;但与此相反,光子是不可定位的.由于在数学上不能使用满足Einstein狭义相对论的定位几率分布来建立连续性方程,因而无法对光子流建立连续性方程.正如大家所知,对量子粒子(如电子)是用波函数表达其空间定位性质,但光子是非局域粒子的事实造成我们无法为光子定义一个自洽的波函数,虽然在Weisskopf-Wigner模型理论框架内可以建立光子波函数的操作性定义.总之,不能为光子写出波方程.必须强调指出,光子不是一个刚性球,永远无法给出其尺寸和体积.光子的理论分析以广义Maxwell方程组和量子理论为基础,后者是指量子力学(QM)和量子电动力学(QED).Schr(o)dinger方程(SE)非常适用于光纤的分析,这个事实证明QM对解释光子有用.然而,必须指出光子形象仍然模糊不清.光波并不完全等同于传统电磁波,因为光子是微观粒子,波特性遵从统计规律,波函数表达几率波模式.然而现时却缺少光子几率波的方程.本文将1936年发现的Proca方程组称为广义Maxwell方程组或修正的Maxwell方程组,在光子有静止质量时应由Proca方程组取代Maxwell方程组.这时,磁矢势A成为可观测量.人们已用许多方法进行了光子静质量测量,可以相信光子也是一种有质(量)粒子.在这种情况下,我们发现即使在自由空间(真空)条件下电磁波也可能作超光速传播.而按照Proca理论,将给光子带来几率波特性,但却仍然保持光子与电磁波之间的传统关系(光子仍是电磁波的量子).……本文的结论是:光子是一种深具特殊性的微观粒子.由于光子静质量、引力、真空极化作用等因素的影响,在我们的新理论中速度的非恒值性是一个特点.这就可能造成对光速的多样化解释.因此我们追求对物理学中的这个基本问题的新理解——“真空中光速”的确切含意是什么?

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	黄志洵	中国传媒大学信息工程学院	97	403	10.0	11.0