5、光子与电子的比较

5 光子与电子的比较5光子与电子的比较5.光子与电子的比较5、光子与电子的特性比较注1：根据上面的观点，有效引力质量为0，存在有效电磁质量；备注2：根据上面的观点，存有库仑力，但是非常大。

注3：根据上面的观点，电量不等于0，但是非常小。

光子与电子的一个关键区别：光子的数目在传播中不动量。

在稀释介质中光子的数目可以增加，而在增益介质（探底回升介质）中则减少。

如果软禁在探底回升介质中的光子赢得的增益大雨损耗，就可能将产生激光。

e+e→γ+γ,偶尔也会转化为三个光子，一对几乎静止的正负电子，其总能量为2mc。

由于动量守恒的要求，两个光子必定以相同的能量朝相反的方向辐射出来。

因此每个光子的能量为mc=0.51mev,其实它仅为电子的引力能量转化为电磁能量，正负electriccharge 中和电磁质量空间量子形式消失，它们激发的electricfield的空间结构相互抵消。

根据bootstrap关系，所有的基本粒子都是至少由两个基本粒子复合而成的，而且它们之间的关系是可逆的，其中没有哪一种粒子比其他粒子更优越。

就是说，任何一种基本粒子都能够充当构成多种其他基本粒子的要素。

当π介子衰变为两个光子时，由于光子的引力静止质量为0，因此π介子内部蕴藏的全部引力能量被释放出来而转变为光子的电磁质量的空间量子形式。

在适当条件下，它们还可以从激发space-time中获得，例如正负电子对的产生。

newton讲：“物体变为光和光变为物体是符合自然进程的，自然界似乎以转化为乐”。

光电效应表明引力质量和电磁质量可以互相转化，在转变过程中能量维持不变，满足用户能量守恒定律。

0022-+。

2( 2k + 1) ( k = 0,1,2......)
∴ n = 2,6,10...... 时概率密度最大
nhπ 6 × 10 = =1时 (3) n=1时： E = =1 2mL L
2 2 2 2 2 −38
A 例题3 例题3 设粒子沿 x 方向运动，其波函数为 ψ ( x ) = 方向运动， 1 + ix
( n = 1,2,3,...)
E n=4
p2 E = 2m p= nπh nh 2 mE = = a 2a
n=3 n=2 n=1
h 2a λ= = p n
二者是一致的。 二者是一致的。
( n = 1, 2, 3,...)
o a
x
例题2 粒子质量为m, 在宽度为L的一维无限 的一维无限深势 例题2 P516例1：粒子质量为m, 在宽度为 的一维无限深势 中运动，试求( 粒子在0 阱中运动，试求(1)粒子在0≤x≤L/4区间出现的概率。并 ≤ / 区间出现的概率。 求粒子处于n=1 状态的概率。 在哪些量子态上， 求粒子处于 1和n=∞状态的概率。(2)在哪些量子态上， 状态的概率 (2)在哪些量子态上 Ｌ/4处的概率密度最大？(3)求n=1时粒子的能量 补充 。 /4处的概率密度最大 (3)求 =1时粒子的能量(补充 处的概率密度最大？ =1时粒子的能量 补充)。 2 nπ x 由题得： 解:(1) 由题得： 概率密度 |ψ | = sin
2 2 2 2 0
2
2
2
2
0
0
k
0
2
2
2 k
0
k
k
k
0
h ∴λ = = p
hc 2E m c + E
2 k 0

第一章 光和光的传播§1光和光学一、光的本性光是一种波长极短、频率极高的电磁波，具有波粒二象性: 光在传播过程中，表现出波动性；光在与物质相互作用过程中表现出光的粒子性（量子性）。

二、 光源与光谱（1）热（辐射）光源 热能转变为辐射的光源。

任何温度下，任何固体或液体中原子、分子热运动能量改变时辐射出各种波长的电磁波（光波）。

光波为连续谱。

如太阳，白炽灯等。

由于物体辐射总能量及能量按波长分布都决定于温度，所以称为热辐射。

注意：1.物体由大量原子组成，热运动引起原子碰撞使原子激发而辐射电磁波。

原子的动能越大，通过碰撞引起原子激发的能量就越高，从而辐射电磁波的波长就越短。

2.任何物体在任何温度下都有热辐射，波长自远红外区连续延伸到紫外区（连续谱）。

（2）非热光源A 气体放电光源B 金属蒸气电弧光源C 固态发光体 —红宝石 蓝宝石 YAG 激光器D 同步辐射光源：高强度，宽波谱，高准直性，脉冲性，偏振性 三、热光源与非热光源的区别（1）本质上 在热光源中是原子、分子的热运动能量转化为光辐射；而非热光源是电子跃迁产生辐射。

（2）光谱上 热光源为连续谱；而非热光源是各原子独立发光，为分立的线光谱。

（3）温度上 热光源辐射的光谱与物质无关，强度与物质的表面温度有关；而非热光源与温度无关。

四、光强A.能流：单位时间内垂直通过某一面积 S 的能量.B.平均能流：能流也是周期性变化的，其在一个周期内的平均值称为平均能流。

能流(功率)单位：瓦特WC.能流密度 ( 光的强度 ) 单位时间，垂直通过单位面积的平均能量。

注意:在波动光学中常把振幅的平方所表征的光照度叫光强度。

五、 光谱W wSu =W wSu =WI S=u A 2221ωρ=2A I =光谱：非单色光的光强按波长的分布 i ~ λ.有连续光谱，线状光谱，带状光谱谱线宽度 Δλ：单位波长区间的光强，又称为谱密度。

六、光是电磁波的一部分（1）长波段表现出显著的波动性。

电子和光子电子：是微观粒子中第二小的粒子，仅仅比中微子大。

光子：是能量的载体，或者说光其实就是能量。

电子是一种基本物质粒子，它在原子核的外围高速运行。

到目前为止，科学家们都无法将电子打散，它被认为是不能分割的粒子。

我们通常会将原子核想象成太阳，将围绕着原子核运动的电子想象成围绕太阳旋转的行星，比如水星、地球或木星，但事实上并不如此。

氢原子是世界上最小也是最简单的原子，它的原子核就是一个质子，质子带一个正电荷，围绕着这个质子运行的只有一个带负电荷的电子，电子由于静电引力的作用围绕着质子运动。

即便如此，电子的运动轨迹也不是一个圆或椭圆。

由于电子绕核运动的速度接近光速，当我们观察这个电子时，它的运动轨迹更像是地球周围的“大气层”，电子会随机出现在原子核周围“大气层”的任何一个点上，这些点形成一个“壳层”，我们称之为电子云。

光子实际上是一份一份的能量，它被称为“光的能量子”。

虽然光子兼具粒子的特性，但它不是一个具体的粒子，这有点像“声子”和“胶子”。

目前普遍接受的物理理论暗示或假设光子是严格无质量的，这意味着不存在光子这个“东西”，所以光子的停止质量被定义为0。

光子一产生就以光速在运动，它是能量，按照爱因斯坦相对论中质量与能量的关系，我们认为光子拥有“动质量”。

光子是电磁波,电子是实物粒子与电磁波是两回事电子与光子这两种粒子的根本区别——光子没有自旋,电子有自旋.电子与正电子相遇时将湮灭而转化为光子,即转化为电磁场；反之,在核场中光子的能量足够大时,光子也可以转化为正负电子对.电子与正电子都是实物,而光子却是电磁场,即真空.从微观物理的角度考察：电子是费米子,带基本电荷,具有空间局域性.它可以是信息的载体,也可以是能量的载体.作为信息载体时,可以通过金属导线或无线电波在自由空间进行传递.电载信息的主要储存方式为磁储存.微电子技术发展了电子计算机,其信息处理的速度受到了电子开关极限时间10-10 s的障碍,和大规模集成电路密集度水平以及并行技术的制约.20世纪信息技术的进步已经充分挖掘并几乎穹尽了电子的潜力.虽然微电子技术的进一步完善,尚可提高芯片信号运作的速度.有望把计算机运算速度再提高，然而,电子本身的运动特性及其所产生的电磁场频率极限,制约了它在信息领域功能的进一步发展.电子作为能量的载体时,高能电子束可以让物质改性,可以作为高温热加工,但要求真空环境.并且,它的德布罗意波长极限使它难以胜任超精细的工作.光子是玻色子,电中性,没有空间局域性而具有时间可逆性.它可以是信息的载体,也可以是能量的载体.作为信息载体时,可以通过光纤（光缆）或自由空间进行传递,光载信息的主要存储方式为光储存.光子技术将发展起光子计算机,其光子逻辑或智能运算的信息处理速度将受到光子开关极限时间10-14s的障碍,和光子集成光路密集度水平以及并行技术的制约.这些制约都远较电子技术所受制约宽松.光子作为能量的载体时（只有光子简并度极高的激光束才能实现）,高能激光束可以让物质改性,可以作高温热加工,甚至有望导致核聚变.由于激光波长比电子波长短很多,因而可以胜任非常精细的工作.仅就信息属性而言,光子技术较诸电子技术有着明显的优势：光子开关的速度极限较电子开关速度极限高出4个量级以上,光子信息可以作高密通道交互传输及并行处理；光频载波要比微波频率高出4个量级,可荷载信息量自然高得多；光束的实用调制方式较多,能够采用密集的波分复用技术,频分复用技术以及时分复用技术.光子存储的平面密度不仅大大高于磁存储,而且还能发展空间维、时间维、光谱维及体全息等存储方式.单体存储容量可望达到TB量级.这是磁存储技术无法比拟的；光子集成包括器件集成和功能集成.光子集成度远比电子集成度高.单量子点激光器可以做到0.1μm .光子与电子的相同点是：（1）都是微观粒子(2)都遵循量子力学规律.光子与电子的不同点是：（1）光子不带电,电子带负电（2）光子的静止质量为0,电子的静止质量不为0.（3 ）光子的频率一般比较高,能量比较大.而电子的能量相对而言比较小.。