光子有什么作用?
光子是电磁波,电磁波的作用就是传递能量和传递信息. 电磁波是自然界的产物,它不需要源头,只要电压足够大(天线),就会向外辐射电磁波信号. 而光就是电磁波中非常小的一部分,其频率范围在0.38-0.75THz之间,而波长范围则是在1nm(波长极短)到1mm(波长大)之间. 对人类可见的光只是电磁波中非常小小的一部分波段——波长大约在400纳米和700纳米之间;电磁波的能量随着频率的增加呈指数增长,只有频率低于1GHz的电磁波才能在空间传播过程中损失很少的能量,而大部分低于1 GHz的电磁波都已被吸收或反射了。 所以说把电磁波压缩到一定体积内并使其保持速度不变,那它的功率(能量密度)是无穷大的……所以电磁波会耗散掉自己所有的能量。
在物理学中,光子是描述光量子化的粒子,光子无静止质量,带自旋且为玻色子。光子的量子力学性质普遍被认为是由波粒二象性所描述,但这种诠释在当代物理中并不一定正确。
在狭义相对论理论中,光子在所有惯性参照系中有不变的速度c。在非惯性坐标系中或者非真空介质中,光子的局部速度有可能会低于真空光速c。光子通过在带电粒子间传递动量,来实现电磁场与物质的相互作用。由于光子没有静止质量,根据相对论,它们拥有最大的速度。
在量子场论中,光子是描述自旋为1的规范场的规范玻色子;这种特殊的规范场会与带电粒子发生相互作用。量子电动力学便是建立在光子之上,它是描述光和物质的相互作用的理论;量子电动力学在高能量的实验下非常正确。
由相对论引申,光子在任意参照系中具有不变的速度c,光子在时空中总是行进在类光轨道上,因此它们无法经由任何时空变换慢于或停止于光速c。因此惯性参照系中的无质量粒子,例如光子无法拥有静止参照系。从相对论可知当一个粒子具有速度c,其质量为零,亦即零质量粒子总是以速度c行进。依据狄拉克记号标记规范场的矢量电势在洛伦兹变换下的行为如同光子波矢量的分量。特别地,在波矢的空间分量为k而时间分量为0的洛伦兹参照系下,此矢量量值为k,对应于波长的倒数即波数。
相对论的另一种表述中认为,光子在非惯性坐标系中有可能会低于真空光速c行进。而根据相对论,光子具有不变的质量0,零质量粒子会在时空流形中的类光轨道上行进。根据洛伦兹变换,具有非零能量的光子在任意惯性参照系中总是以速度c行进。在惯性参照系下,光子在真空中具有不变的速度c以及零质量;但在非惯性参照系中,类光轨道对应的局部速度却能低于c。