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光子比电子、分子都大,那么光子是如何进入原子并将电子激发到更高的能级的呢?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2022-06-20 10:30:17

原子和无线电天线都吸收光子,这意味着它们吸收电磁波。它们都是通过发射球形响应波来实现这一点的,这种响应波部分地抵消了传入的电磁信号。光子吸收实际上是波的吸收,而波的吸收只有在吸收器能发出抵消波的情况下才会发生。所有的电磁吸收,无论是光还是无线电,都涉及到两个电磁场相互抵消。

光子吸收是一个波动力学和大干涉图样的问题。波长可以比无线电天线(如AM铁氧体天线线圈)大数万倍,或比原子或分子大数十万倍(如二氧化碳的长红外吸收光谱)。即使是非常非常小的天线也能发出长长的电磁波,这就是它们能吸收如此宽的电磁波的秘密。

换句话说,当单个光子与氢原子碰撞时,实际上原子已经被许多许多周期的光波照亮了。作为回应,它发出了几百个周期的电磁波,这些电磁波以球形的形式向外传播,抵消了下游方向入射的平面波,在原子的下游留下巨大的阴影。然后一个电子轨道突然转变为高能共振模式;著名的量子跳跃发生了。

所以,如果光是一种波,那么它就是一种巨大的球波,从原始光源向外传播。但是如果光是一个粒子,那么这个粒子的大小是零。(光可以像涟漪,也可以像笔直的细丝或光线。每个射线的宽度为零。)物理学有一个更好的答案:光不是通常意义上的粒子。相反,光是量子,光是电磁场中的能量步。光是在空间中传播的电磁场,但这些场只能在被称为量子的离散步骤中变化。

声波的能量步称为声子,电磁波的能量步称为光子。问光子的大小是错误的。这就像当海浪冲击海滩时,问声子有多大。这就像问量子跳跃需要多少时间一样。它需要零时间(原子被激发或者没有被激发。我们看不到一半、四分之一或三分之二的量子飞跃。)同样,电磁波要么被原子吸收,要么不被原子吸收。光子的大小为零,内部没有任何物质,所以它永远不可能半撞击电子。(光子就像宽度上的量子跳跃,而不是时间上的量子跳跃,这意味着它的物理宽度为零,所以它要么击中了什么东西,要么没有击中。)

另一方面,如果金箔上的洞太小,光子就不能通过。

但光不是由光子组成的。光是由电磁波函数构成的,电磁波函数只能逐级变化。如果波长远长于你的光圈大小,那么波泄漏将是最小的,并且有可能在另一边没有光子被探测到。然而,无论这个洞有多小,你仍然会探测到一些光子通过,因为即使是最小的洞也不能完全阻挡电磁波。

如果你想更困惑,那就看看恒星干涉测量法,白光光子的形状就像薄煎饼:可能有几英里宽,但只有几百纳米厚。我们之所以这样看待它们,是因为遥远恒星的视觉尺寸就像不透明平板上的针孔,恒星越遥远,针孔越小,对准地球的白光干涉图中的波瓣就越宽。对于附近的大型恒星来说,所有宽度在几米内的星光,如果被收集和组合起来,仍然会产生干涉图样,就好像每个入射的光子都有几米宽。(在双缝实验中,为了产生干涉条纹,每个光子必须同时通过两条缝。)
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