关于光子的几个问题单个光子有运动方向吗,如果有怎么确定,是否有实验支持;二:单个光子的运动能用方程来描述吗,是否有实验支

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  • 一:单个光子有运动方向吗,如果有怎么确定,是否有实验支持?

    ——有,但按不确定性原理,其方向不可能绝对确定,不确定度因实验的不同而不同.比如小孔衍射,单光子总会落到屏上某点,该点到小孔的连线就是此单光子的方向,方向的确定度相当高;但若是单缝衍射,落点到缝上任一点的连线都可能是那个光子的方向,此时的方向确定度就低了.

    二:单个光子的运动能用方程来描述吗,是否有实验支持,麦克斯韦方程是否适用于单个光子?

    ——能,那就是量子电动力学中的方程.但这个描述是概率性的,对于单光子,它只给出光子的各种可能性,对于它到底会怎样没有预言能力.一般只有对于比较大量的同类光子、或单个光子多次在同等条件下的行为,它才能给出精准的预言.量子电动力学是有史以来计算与实验符合得最精确的一门学科.麦克斯韦方程是经典电动力学的核心,它完全不能适用于单光子,它只能对特别大量的光子的集团——电磁场有效.

    三:单个光子是否有电场和磁场?

    ——电磁场是由光子或虚光子的群体构成的,电磁场与光子群是同一种东西的不同名称而已.“单个光子是否有电场和磁场”这个提法本身就是没有意义的,就类似于“个人是否有人民”这个提法.

    四:既然电磁场是光子的集合,又按照狭义相对论,光子在一切坐标系中都是以光速C运动,那么经典电动力学的静电场(如果确实存在的话)中的光子也应该以光速在运动,这不就意味着产生静电场的源(电荷)在不断的辐射能量(如果源是正电荷的话)或者吸收能量(如果源是负电荷的话),但根据经典电动力学,静电场是不辐射(或吸收)能量的(即不是辐射场),这个矛盾怎么解决.

    ——静电场或静磁场是虚光子群,不是实光子群.虚光子不像实光子那样可以永生,它只能生存一小段时间就消失.虚光子的能量越大,其生命越短暂.虚光子由电荷无中生有,又很快消失.这是不确定性原理允许的.电荷没有辐射实光子,它只是不断向真空“借”能量以产生虚光子,又在不确定性原理许可的时间内消灭虚光子,向真空“还”回能量.