正負電子對撞後會湮滅,那光子對撞後會發生什麼?

2020-12-06 科學塢

不知道小夥伴們有沒有想過光子對撞這麼一個高大上的問題,可能很多人會認為,光子對撞一定很難出現吧,然而事實是,光子對撞的現象其實很常見、但現象很複雜。不賣關子了,下面詳細說說。

一、常見的光子對撞現象

一扯上什麼光子,又扯上什麼對撞的,看上去應該是一個很難發生的情況,其實不然,光子對撞是我們隨處可見的事情。最簡單的就是入射光和反射光對撞,比如陽光照射在地面上,地面的反射光與入射的陽光發生對撞。

你可能會說,我怎麼沒看見對撞的效果啊,其實你看見了,你看見了地面,就是看見了光線碰撞後的宏觀結果:什麼都沒發生,它們互相之間穿過去了。

前面我們說的是處處可見的光子正碰,我們再來看一下隨處可見的同向相碰。想到了沒,咱們的平板顯示器,手機屏幕,老的陰極射線管顯示器。碰撞的結果看了吧,三原色變成了65535種顏色。

看到這可能會有小夥伴說,老郭你這說的都什麼啊,怎麼感覺不是我們想要的答案呢?接下來咱們就看點不常見的光子對撞現象。

二、不常見的光子對撞現象

雖說不常見,但是應用也很多,這裡簡單舉兩個例子。

其一、增透膜。很多相機和望遠鏡在物鏡上都鍍有這種膜,但由於這層膜只能使用某種波段的光,所以我們看到的鏡頭增透膜一般有紅、綠、藍三種顏色。這種膜的作用原理是利用光在膜的兩個表面都會發生反射,膜的前表面和後表面反射的光發生幹涉從而提高整個光學系統的進光量。

其二、雷射。嚴格說其實現在雷射器是非常常見的光源,LED燈、雷射筆、CD唱機等等生活中也很多了。雷射是單色光、偏振光。在雷射器的諧振腔裡存在光子碰撞的情況,這是因為,這個諧振腔是光的波長一半的整數倍,道理跟增透膜一樣,增透膜厚度是四分之一波長,一個往返就是二分之一波長。同樣是幹涉現象。

三、非可見光的碰撞現象

可能看完前面兩條,小夥伴們都不滿意,你這說的都啥啊,我們說的是碰撞,你整個幹涉。最重要的是,你說的都是可見光啊。其實,這就是小夥伴們誤會了。因為光作為一種微觀粒子,具有波粒二象性,可見光的這種碰撞可以用波的幹涉來解釋。

我們這裡就說一下非可見光的碰撞現象。就以伽馬射線對撞為例來說吧,我們都知道,正負電子對撞可以生成兩個伽馬射線的光子。其實兩個伽馬射線對撞也能反過來生成正負電子,根據科學家們的計算,這需要非常高的溫度,60億度。

宇宙中有這種溫度嗎?按照宇宙爆炸學說,宇宙爆炸的早期,就存在這種可能。所以,我們在現在的條件下,是無法觀測到伽馬射線對撞生成粒子的。最多能觀測到的是,兩個伽馬射線的光子按照波動性的特點,發生幹涉。

其實還有很多利用光對撞現象的實驗儀器,比如麥可遜-莫雷幹涉儀,也是利用光子對撞後的幹涉條紋移動來判斷以太是否存在的裝置。

結束語

通過前面的介紹,可以總結出下面的結論:當光子在地球環境下,正常的溫度區間內,發生對撞的情況都是符合波的幹涉原理的,幹涉現象就是光子的碰撞現象。

拓展一下思路,我們如何觀測兩個伽馬射線對撞後的結果呢?如果您希望得到更多關於量子力學的知識,歡迎關注我的帳號。

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