光在真空中传播时能量会损耗吗？如果会，那么这些能量去哪儿了？

所谓真空，原本指没有任何实物粒子存在的空间。实际上，这种状态是不存在的。因为根据量子力学，真空也是一种能量状态，其中充满了量子涨落，时刻有虚粒子和虚反粒子对生成和湮灭，但其总能量保持不变。理论上讲，光在真空中传播时能量是不会损失的，因为要使光子能量发生变化，就必须要有其他物质和光子发生相互作用。     

光超导波中正常态声子行为研究：声子对束缚态

考虑了光超导波理论中光声相互作用的高阶项，研究了声子与双光子的相互作用，利用推广的光子库柏对算符，在平均场近似下得两动量的横光学声子可以通过交换虚光子库柏对产生一个有效的吸引力而形成声子对束缚态，其准粒子是由声子和库柏对组成的复合准粒子，了这种情况下的光超声波基态能。     

光超导波中正常态声子行为研究:声子对束缚态

考虑了光超导波理论中光声相互作用的高阶项，研究了声子与双光子的相互作用，利用推广的光子库柏对算符，在平均场近似下得出两动量相反的横光学声子可以通过交换虚光子库柏对产生一个有效的吸引力而形成声子对束缚态，其准粒子是由声子和库柏对组成的复合准粒子，讨论了这种情况下的光超导波基态能．     

波粒二象性理论的成就与存留问题

论述了光波和物质波的波粒二象性理论的发展，诗集了该理论的存留总是，认为光子的静质量和光子的内部结构仍是科学中的关键性疑点，指出，虽然波粒二象性成立的前提是波足够小，但在现有理论中却提不出一条清晰的界线，诗集了光波和电磁波是物质还是物质属性的问题，提出了对de Broglie波超光速相速的疑问。分析表明，如何建立电电磁脉冲的粒子形象的问题仍需解决，此外，探讨了当电磁脉冲以超光速传播相对论是否受破坏。最后，讨论了消失波的粒子性和虚光子问题。     

波粒二象性理论的成就与存留问题

论述了光波和物质波的波粒二象性理论的发展 ,讨论了该理论的存留问题。认为光子的静质量和光子的内部结构仍是科学中的关键性疑点。指出 ,虽然波粒二象性成立的前提是波长足够小 ,但在现有理论中却提不出一条清晰的界线。讨论了光波和电磁波是物质还是物质属性的问题。提出了对 de Broglie波超光速相速的疑问。分析表明 ,如何建立电磁脉冲的粒子形象的问题仍需解决。此外 ,探讨了当电磁脉冲以超光速传播时相对论是否受破坏。最后 ,讨论了消失波的粒子性和虚光子问题。     

波粒二象性理论的若干问题

论述了光波和物质波的波粒二象性理论的发展，讨论了该理论的存留问题。认为光子的静质量和光子的内部结构仍是科学中的关键性疑点。指出，虽然波粒二象性成立的前提是波长足够小，但在现有理论中却提不出一条清晰的界线。讨论了光波和电磁波是物质还是物质属性的问题。提出了对de Broglie波超光速相速的疑问。分析表明，如何建立电磁脉冲的粒子形象的问题仍需解决。此外，探讨了当电磁脉冲以超光速传播时相对论是否受破坏。最后，讨论了消失波的粒子性和虚光子问题。     

虚光子初探

不可直接观测的光子被称为虚光子。在量子电动力学(QED)中,真空态是以能量21ω和动量21→k为标志的,并指出真空能会在一个吸引力(Casimir力)作用下使两个互相平行的导体板有靠近的趋势。在一般情况下,要了解虚光子必须先全面了解光子,但后者仍有许多问题有待解决,光的波粒二象性理论也有待研究和完善。零点能(ZPE)概念是经典物理与量子物理的重要区别之一,并不能否定;但在近年来的研究中,物理学家用光子作为振荡源的随机分布,或用标量场及场的Green函数径迹,可顺利完成对Casimir力的推导。虽然多年来人们援引Ca-simir效应作为量子场的ZPE是实际存在的迹象,但令人惊奇的是不用零点起伏(甚至不用真空)也能导出Casimir的结果,亦即ZPE不在计算中出现。换言之,对Casimir效应描述而言ZPE是启发性的辅助计算手段,但并非必要条件。这就留下了深层的疑问——ZPE为何缺乏真实存在的实验证据?消失态在电磁环境中是常见的,基本特点是场强随距离增大而指数地减小,并在传播方向上无相移。可以认为消失态具有虚的波矢量。已有若干研究工作显示,由QED表述的虚光子特性在一些消失模实验中被观察到。因而从物理意义上提出了...     

光子是什么

通常认为光子是电磁场量子,亦即电磁场经量子场处理后形成的方程可以描写光子。然而在物理思维上存在困难,例如很难了解光子物理形象的动力学。非相对论量子力学(例如Schr?dinger方程)决定,用波函数Ψ(x)描述的电子定位是在空间中的几率性分布;但与此相反,光子是不可定位的。由于在数学上不能使用满足Einstein狭义相对论的定位几率分布来建立连续性方程,因而无法对光子流建立连续性方程。正如大家所知,对量子粒子(如电子)是用波函数表达其空间定位性质,但光子是非局域粒子的事实造成我们无法为光子定义一个自洽的波函数,虽然在Weisskopf-Wigner模型理论框架内可以建立光子波函数的操作性定义。总之,不能为光子写出波方程。必须强调指出,光子不是一个刚性球,永远无法给出其尺寸和体积。光子的理论分析以广义Maxwell方程组和量子理论为基础,后者是指量子力学(QM)和量子电动力学(QED)。Schr?dinger方程(SE)非常适用于光纤的分析,这个事实证明QM对解释光子有用。然而,必须指出光子形象仍然模糊不清。光波并不完全等同于传统电磁波,因为光子是微观粒子,波特性遵从统计规律,波函数表达几率波模式。然而现时却缺少光子几率波的方程。本文将1936年发现的Proca方程组称为广义Maxwell方程组或修正的Maxwell方程组,在光子有静止质量时应由Proca方程组取代Maxwell方程组。这时,磁矢势A成为可观测量。人们已用许多方法进行了光子静质量测量,可以相信光子也是一种有质(量)粒子。在这种情况下,我们发现即使在自由空间(真空)条件下电磁波也可能作超光速传播。而按照Proca理论,将给光子带来几率波特性,但却仍然保持光子与电磁波之间的传统关系(光子仍是电磁波的量子)。……本文的结论是:光子是一种深具特殊性的微观粒子。由于光子静质量、引力、真空极化作用等因素的影响,在我们的新理论中速度的非恒值性是一个特点。这就可能造成对光速的多样化解释。因此我们追求对物理学中的这个基本问题的新理解——"真空中光速"的确切含意是什么?     

电子和正电子的物质湮灭转化为虚物质粒子的研究

提出了低于光速的正物质(三维空间物质)具有正引力场能,外在表现为放热(或有热辐射),有正引力场(有向心力、正引力).等于光速的0(零)物质有0(零)引力场,也论证了超光速的虚物质(四维空间物质、暗物质)具有负引力场能,外在表现为吸热,具有反引力场(排斥力),超光速的虚物质(四维空间物质、暗物质)因为具有负引力场能,结果导致了宇称不对称现象.论证了电子和正电子的物质湮灭转化为超光速的虚物质(虚光子),并推导出了虚光子γ的质量为5.006×10-41 g.也推导出了超光速虚光子γ的薛定谔方程,并且论证了高能量场虚光子γ的能量E2是有8个能量相位(太极八卦相位)的.     

双孔干涉在环境干扰下的量子分析

Dirac曾预言过光子的自相干性性质。光子虽然具有波粒二象性，但是在具体的物理行为中光子只能表现出它的一种性质，即波动性或者粒子性。在双孔干涉试验中，如果我们在双缝和干涉屏之间布置一种灰尘场；在干涉行为中光子表现出的是它的波动性，而光子为了散射为我们人眼所观测到就必须要显示出它的粒子性。由于波动性和粒子性两种性质的互相排斥导致了波包坍缩，即退相干，退相干的特点是破坏旧的相干性，建立一种新的相干、而且是不可逆的。     

蟹状星云Chndra卫星观测数据的X射线谱分析

首次用Chandra卫星资料详尽的对蟹状星云弧秒尺度区域以及主要的活动区进行了X射线谱分析．测得了蟹状星云中的主要活动区：如环面(torus)，结节(knots)，亮条纹(wisp)，喷流(东南方向)，反向喷流(西北方向)的光子谱指数(photon index)．同时在环面区，分析了光子谱指数随径向的分布．有迹象表明，在内环中可能存在一个在理论和观测上以前都没有提及到的粒子加速区．结节是整个蟹状星云中光子谱指数最低的地方，这表明粒子在这些区域得到加速．东南方向的喷流的谱指数和环面内暗区的谱指数类似，而西北方向的反向喷流具有最大的光子谱指数．得到的结果同XMM(X—Ray Multi—Mirror Mission)卫星的结果进行比较，两基本一致．     

塞曼效应中光的波粒二象性

引言 光具有波粒二象性,这是已为人们所知的事实。在光的干涉、衍射实验中充分地证明了它的波动性,而光的偏振则又进一步地证明了光是一种横波。至于光的粒子性,则由著名的光电效应和康普顿效应给予了证明,由前者可知,光子能量ε=hv,后者进而可知光子具有动量,其值为P=h/λ。能量和动量是实物粒子的特征物理量。 然而,上述都只单独地证明了光的某一个特性,波或者粒子。虽然光子的能量和动量的表达式把波的特征量(频率和波长)联系起来,但毕竟只体现了光的粒子性一面,在塞曼效应实验中,通过分析可看出,对光的这两种特性都可同时获得解释。     

NCS光场与多光子跃迁运动二能级原子相互作用系统的粒子布局数反转

利用全量子理论,研究NCS(the number-chaotic state)态光场与多光子跃迁运动二能级原子相互作用过程中的粒子布局数反转问题.分析了原子初态、场模结构参数、热平均光子数、数态光子数、跃迁光子数等参量对系统粒子布局数反转的影响,结果表明:由于原子的运动,使粒子布局数反转表现出不同的周期振荡规律;跃迁光子数取不同值时,系统粒子布局数反转呈现不同的规律.     

引力红移的一种简单推导方法

<正>广义相对论以和谐的形式把物理与几何、引力与时空弯曲联系了起来,它正指导着人们去探索宇宙的奥秘,并为愈来愈多的事实所证实.在本文中,笔者将介绍一种推导引力红移的新方法,为了考虑虚光子(即静止质量为零的粒子)与外力场的相互作用,首先回顾一下具有静止质量的粒子与引力场的相互作用,而且用地球引力场来研究问题.     

量子延迟选择实验中的因果性

对光子波粒二象性的探讨依然是物理学中基础性研究的重要内容.根据几率理论和波函数的几率解释对一个量子延迟实验进行了分析研究,结果表明:检验光子处于水平偏振态与处于垂直偏振态的几率都是1/2,与测量确认光子的设备的状态无关;检验光子是表现为粒子行为还是表现为波动行为完全取决于它的偏振状态,与确认光子是否被探测无关;检验光子与确认光子的符合探测几率随着测量确认光子的设备状态的改变而改变,但是不可能通过改变测量确认光子设备的状态把检验光子的波动行为改变为粒子行为.     

光子为什么不占空间?

<正>A:光子是电磁波的"量子",它既是真实的"物质"粒子,也是传递电磁相互作用的"力"粒子。根据电磁规范对称性这一基本原理,光子是一种没有静止质量、没有形状和体积的"点"粒子,而实验恰恰证实它的确如此与众不同。因此狭义相对论告诉我们,自由光子无法静止,不得不永远以光速在宇     

使自由空间中光速变慢的研究进展

1905年Einstein发表了著名的狭义相对论( SR)文章,其中说光在真空中总以不变的速度传播。然而这个光速不变性原理一直缺乏可靠的实验证明,近年来的一些研究成果倒像是证伪了这一原理。例如,美国Maryland大学的物理学家James Franson于2014年6月发表论文引起物理界的广泛关注,文章宣称已可证明光速比过去所认为的值要慢。他的论据来源于对1987年超新星SN1987A的观测,当时在地球上检测到由爆发而来的光子和中微子,而光子比中微子晚到4.7h,过去对此现象人们只作了模糊的解释。 Franson认为这可能是由光子的真空极化造成的———光子分开为一个正电子和一个电子,在很短时间内又重组为光子。在引力势作用下,重组时粒子能量有微小改变,使速度变慢。粒子在飞经168000光年的过程中(从SN1987A到地球),这种不断发生的分合将造成光子晚到4.7h。另一个例子是,2015年1月英国Glasgow大学的Padgett研究组做到了使光的运行比真空中光速( c)要慢。他们使光子经过一个专用的散射结构物,波形被改变,从而速度变慢。令人惊奇的是,光子出来后(即回到自由空间)仍以减慢了的速度行进。Franson理论和Padgett小组实验损坏了真空中光速的恒值性,使c成为“不恒定的常数”,或“不常的常数”。这种情况妨害了SR理论及现行米定义的理论基础。另外,本文比较了1993年的SKC实验和2015年的空间结构化光子实验,前者以量子隧穿和消失波为基础,后者则改变光束的横向空间结构。二者都使用相关光子对,结果都显示光子群速的变化。如今或许可以终结关于光速不变原理的讨论。……在现代物理学中波粒二象性仍是难题,但新近研究对此有新的理解,与互补原理不同;故更宜于用波理论解释粒子实验。在Padgett小组实验中,无论Bessel波束或Gauss波束光子群速均减小,表现为在1m的实验距离上迟到若干微米。……最后,本文指出近年来的光速研究为波科学带来丰富体验,为理论思维造成新机会。     

激光

1 激光的产生 分子、原子或离子处于较高能级时可以自动发射一个光子而跃迁到较低能级，这样的辐射称为自发辐射。各个粒子都是独立地发出光子，并向四面，且他们的频率、相位和偏振方向都是彼此无关的，这种光是非相干光，是普通光源所发出的。 光通过物质时，一部分光子将被粒子吸收，使它们跃迁到较高能级频率适当的照射光还可以迫使处于高能级的粒子发射光子而回到低能级，这样发射的光子称为受辐射，它的频率、相位、进行方向和偏振方向都和诱发光子相同，这种光是相干光。当物质中有辐射能时，吸收、自发辐射和受激辐射三种过程同时进…     

原子尺度上的波

提出全同粒子以及虚粒子假设,并推导了二维速度控制条件,再结合原子势函数,在原子尺度上描述了线性波的传播。考虑晶格非谐性以及位错的影响,进一步探究了二阶非线性波的产生机理。理论分析表明,晶格非谐性和位错引起的晶格畸变会诱发产生高阶虚粒子,高阶虚粒子是高阶非线性波产生的关键因素,位错等材料早期非线性或细微损伤导致高阶虚粒子增多而引发明显的高次谐波,因此,可以通过探测高次谐波诊断材料早期损伤。     

论消失态

消失态是电磁环境中的一种常见的状态,基本特征是场强自原生地向远处按指数规律下降。电磁波通过电抗性突出的媒质是有普遍意义的情况,它对应导波模式、色散媒质、电离气体中的波传播问题。1897年,Rayleigh在分析金属壁矩形波导时最早预言了消失态传播。为了分析截止波导,看来可以把消失态当作具有虚波矢（虚波数）的状态;并且可将其看成驻波,场变化在各处同时发生,故在传播方向上无相移。但截止波导中的状况是奇怪的,有时相位常数β〈0,故在太赫波段的实验显示脉冲延迟时间可以为负。虽然波导中相速比光速大是众所周知的,理论上却难以解释相速和相折射率变负的现象。 在量子力学中,位（势）垒内的消失态也具有虚数的波参量;这时可用Schrodinger方程而作出说明,它可类比经典电磁理论中的Helmholtz方程。实际上量子隧穿是常见的物理过程,可在许多场合观察到——折射率渐变光纤中的传播;Bose的双棱镜实验;等等。科学家们认为,挑战“光速极限”是可能的,例如在双棱镜实验中光子隧穿过两镜间隙,与走过较短距离的反射光子竞同时到达检测器。这表示在两棱镜之间发生了超快速传送,可以是光速的许多倍。人们都知道R．Feynman用虚粒子描写微观相互作用;现在可能已有了G．Nimtz实验所证明的虚粒子宏观相互作用。