光的本质是电磁波为什么光不带电 (根据量子场论认为光的本质是什么)

光的本质,一直争论了几个世纪,在物理学史上留下了非常精彩的篇章。

从牛顿的微粒说,惠更斯的波动说,两派战斗了几百年,中间更有胜负;到了19世纪,菲涅尔,托马斯杨等验证了光的干涉,衍射等性质,波动说占了上风,随着麦克斯韦的电磁波理论出现,人们理解了光是一种电磁波。

光的本质是量子,光的本质是电磁波为什么光不带电

1905年,爱因斯坦提出了光量子理论,并以此解释了困扰人们多年的光电效应现象,在光电效应里,光的粒子性得到了验证,光是携带能量为E=hv的微粒,和金属中的电子发生作用,把能量全部转移给电子。 爱因斯坦后来指出,光是波粒二象性,在转移能量时会表现出来粒子的性质,而在它的传播过程中体现的是波动性。

如今的各种光电器件,光纤通信,我们能够上网和各种通信,都是依赖于爱因斯坦的光量子理论贡献。

光量子的思想却在继续发酵,引出了后续的量子力学发展

爱因斯坦是量子论的先驱,法国的德布罗意在爱因斯坦的光量子的启示下,更是惊人的想象力提出一切微观粒子都是波粒二象性,提出了物质波理论。而薛定谔为了寻找物质波的波函数提出了薛定谔方程,海森堡等提出矩阵力学和不确定关系,玻恩提出了波函数的概率统计,以上形成了整个量子力学的发展基础。

光的本质是量子,光的本质是电磁波为什么光不带电

那么,能不能让光拐弯呢?

比如,把光弯成一个光环:

在真空中,小尺度且没有外力的作用下没有办法做到把光弯成一个光环,光总是沿直线传播。

我目前只想到两种情况下能够实现:

1. 光在真空中传播,巨大的引力使光线发生弯曲,比如在黑洞附近。如果受到若干有规律的排列黑洞不断吸引,光线不断发生弯曲是可以构成光环的,这种情况是光线本身的传播路径发生弯曲;

2. 光在介质中传播,比如在光缆中,将光缆弯成环状,光线自然也形成光环。在实际应用上,光在光缆中也是走直线的,但是由于光缆的内反射作用可以将光约束在光缆内,所以光线可以随着光缆而被弯曲成任意形状。而且,如果可以假定环状光缆的直径是无限小的,这样光线的传播可以认为是被弯曲的。除了光纤之外还可以通过其他类似的手段实现。

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第一种情况是光线真正地沿曲线传播,第二种只是利用反射等作用改变了光线的传播路径,使光线在宏观上看起来似乎被弯曲了,其微观上其实还是直线传播。

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