光子真是简单的无质量粒子吗?( 四 )




光子真是简单的无质量粒子吗?



“正则算符对较着地载有场的依靠于相位的讯息, 并在表征和检测场的压缩态中起到主要感化 。 ” 然而, 这里的正则算符只是和光场的振幅及相位有关的量, 不具有位置或动量的物理寄义 。 文献[7]会商光场的尝试检测, 也强调测量是关于电磁场物理量的检测, 谈不上是关于光子位置和动量的检测 。 光学尝试中, 将光电倍增管狭缝的位置作为光子的位置, 或者将光-固体感化后留下的微纳米标准的黑点作为光子的位置, 都是手动强加 (put in by hand) 的位置信息, 是没有理论支撑的 。 成立于其上的就双缝干与得来的关于光子量子性的会商, 有当真推敲的需要 。 对光子的熟悉之旅, 我们也许还只是处于起头的阶段 。
6、玻色-爱因斯坦统计与光子的可计数性
可计数性是数学得以成立的根本概念 。 孤立出待研究的系统, 对近似不异的分立系统计数也是物理得以成立的前提 。 光子的可计数性应该作为一个问题严厉地加以看待 。 光子概念的内在还一向是光的能量量子, 光具有粒子性, 不料味着光子可以与有质量粒子相混同 。 有人或许会辩驳道, 我们已经有了光子的统计纪律, 统计纪律的推导过程应该以光子可数为前提啊?这里可能存在曲解, 应借助概念的汗青演化予以消解 。 成立在可数统计上的光子统计纪律, 并未包管有可操作的光子的计数 。 现实上, 玻色获得黑体辐射公式的第三种推导, 推导过程中是把光的能量量子放到相空间的单胞 (cell) 里的, 而单胞的数量是用系统的相空间体积除以获得的 。 关于这个做法, 用玻色的原话说, 是没啥好说的[8] 。 笔者之一曹则贤注重到, 这现实上是因为用光的能量-动量关系写出相空间的体积元时刚好含有因子, 除以这个因子获得一个可看成数量的无量纲量罢了 。 玻色的这个推导过程没用到光子的可计数性 。 玻色的成果引出的一个结论不是光子质量为零, 而是光子的化学势为零 。 爱因斯坦按照玻色的开导, 紧接着获得了单原子抱负气体的、近似光的统计纪律[9, 10], 但他只是用了有质量粒子的能量-动量色散关系罢了, 并且长短相对论性的能量-动量关系 。 玻色-爱因斯坦统计之于一般有质量粒子和光子在表达上的分歧, 区别不是粒子质量的有无问题 。 也就是说, 即便在玻色-爱因斯坦统计的语境中, 把光子看成零质量粒子也得不到关于光子的物理纪律 。 趁便说一句, 统计之分为玻色-爱因斯坦统计和费米-狄拉克统计, 针对的是粒子的自旋而非质量 。
7、相对论语境中光的特别性
有趣的是, 在相对论的语境中, 光同物质粒子同样是要区别看待的 。 光速不变是爱因斯坦作为其成立狭义相对论的一个公设利用的, 当然后来人们熟悉到光速不是变不变的问题—不存在关于若何改变光速的动力学 。 此刻接管的表述是, 光速在任何参照框架内都取同样的值, 即我们拔取统一个 c 用于参照框架下的时空坐标暗示 (x, y, z ; ct) 。 然而, 若我们细心检视一番, 会发现光速与粒子速度从概念上就有底子的分歧 。 物质粒子速度是矢量, 依靠于参照框架, 有决议其若何转变的动力学 。 反不雅光速, 在狭义相对论的时空坐标暗示 (x, y, z ; ct)中它就是一个参数, 不具有矢量的性质, 这当然是担当自其在麦克斯韦波动方程里的脚色, 一个参数, 纯粹的标量 。 更主要的是, 在麦克斯韦理论中,
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