就目前所知,一切力的相互作用在本质上都可归咎于四种基本力——电磁力、引力、强核力以及弱核力。例如,让磁铁之间互相吸引的磁力、接触力(包括摩擦力、弹性力)在本质上都是属于电磁力。
理论上,每种基本力都由一种基本粒子来传递(传递引力的引力子尚未被发现),以电磁力为例,它的传递依赖于光子。既然电磁作用会交换光子,那么,为什么我们看不到两块相互吸引的磁铁、或者推动物体时所发出的光呢?
根据量子场论,承载电磁力的光子并非是普通的光子,而是虚光子,我们是看不到这种存在时间极其短暂的虚粒子。那么,虚光子又是如何传递电磁力的呢?
虚光子是由“借来的”能量和动量产生的光子,这是不确定性原理的结果。根据∆E∆t≤h/4π,虚光子借的能量也多,它们存在的时间越短。这意味着在一个带电粒子附近,将会产生高能虚光子,它们传播很短的一段距离之后就会消失。能量越低的虚光子,存在时间越久,传播距离越远。从中可以看到,虚光子可以在短时间内违背能量和动量守恒定律。
当一个带电粒子产生虚光子之后,它们很快会被附近的另一个带电粒子吸收。在这个过程中,另一个带电粒子“偿还了”第一个带电粒子“借来的”能量和动量,其结果是能量和动量被转移,由此产生电磁力。从虚光子的产生到消失,时间非常短暂,整个过程的能量和动量是守恒的。
电磁力的传递必然借助于虚光子,而不是实光子,否则整个过程的能量和动量守恒定律将会被打破。举例来说,如果一个最初处于静止状态的电子发射出一个光子,结果将会得到一个电子和一个朝着相反方向运动的光子,这种组成必然比最初处于静止状态的电子具有更多的能量。
不确定性原理避免了这种矛盾。根据不确定性原理,光子可以有能量ΔE,存在的时间为Δt~ħ/ΔE。只要光子被足够快地重新吸收,就不会违背能量和动量守恒定律。由于光子必须被重新吸收而不能被探测到,所以它们被称为虚光子。
根据量子电动力学,带电粒子可以发射和吸收虚光子。由于是虚光子,如果试图阻拦它们,那么,两个带电粒子之间的相互作用就不会发生,所以我们永远无法真正探测到这些光子。虽然这些虚光子不能被直接观测到,但它们对可观测事件的概率有可测量的贡献。
关于虚粒子的存在,一个非常著名的例子是卡西米尔效应。量子场论预言,真空中会出现随机的能量涨落,由此产生一对正反虚粒子。如果在真空中放入两块不带电的平行金属板,那么,金属板之间的虚粒子密度会降低,从而使两个金属板之间产生除了引力之外的吸力,这已经被实验所证实。
其他网友回答:答:并不是所有的光子都能被我们眼睛看见,比如红外线、紫外线、伽马射线等等,都在人眼能感知的光子频率范围之外;而电磁相互作用的传递粒子,并不是一般的光子,而是“虚光子”。
人眼能感知的光子频率范围很有限,可见光只是电磁波频率中极小的一块区域,而可见光之外的区域,都是人眼感知不到的。
在量子电动力学中,把电磁相互作用解释为"虚光子"的交换;虚光子具有能量和动量,所以虚光子的交换过程中,就完成了能量和动量的传递。
根据量子力学不确定性原理,真空中并非一无所有,而是存在能量的不断地起伏,时间越短,能量起伏大,但是总体上是趋向于守恒的;卡西米尔效应已经证实了这个说法。
真空中量子起落产生的“能量子”,就是虚粒子,而电荷的存在,会激发“虚光子”的形成;也因为不确定性原理,虚光子存在的时间极短,因为虚光子的能量是向真空“借”的,需要立马返还给真空,以此保证能量在总体上守恒。
在经典力学中,传递电磁相互作用的介质是“场”,电磁场的本质是光子,而不可直接观测到的那部分“场”就是虚光子。
好啦!我的答案就到这里,喜欢我们答案的读者朋友,记得点击关注我们——艾伯史密斯!
其他网友回答:你说得对,电磁相互作用的本质确实是交换光子。但这个光子不是实光子,而是虚光子。
如果你学过高中数学,就会知道,除了实数,还可以存在虚数。
同样道理,在物理中,除了有实光子,还有虚光子。
什么是虚光子呢?就是说这个光子是可以不满足狭义相对论的基本关系的。
狭义相对论要求一般的实粒子满足能量与动量关系:
满足这个关系式的时候,我们说这个粒子是实粒子,用英语表述就是on shell。
相反,如果一个粒子不满足上面的狭义相对论能量动量关系,我们就称这个粒子是虚粒子。虚粒子,在物理上的意思就是off shell。
实粒子是我们肉眼可以看到的,但虚粒子是我们肉眼看不到的。
为什么我们看不到虚粒子呢?
原因在于,虚粒子的寿命很短,它的寿命比我们肉眼的反应时间要短很多,所以我们的肉眼反应不过来,也就看不到它。
这就可以解释,为什么两块磁铁靠近我们看不到光了。
那么,为什么虚粒子的寿命很短呢?原因在于量子力学的海森堡不确定原理,因为虚粒子是off shell的,所以你可以认为它的能量是借来的,是马上要归还的。它依靠借贷过日子,根本就不敢在债主面前长时间露面。
简单用一句话总结一下:虚粒子违反了狭义相对论,但还是不得不遵守量子力学的基本原理,它寿命太短,所以我们的肉眼看不到它。
其他网友回答:是的,你说得对。
电磁相互作用作为四大相互作用的一种,也是通过玻色子来传递相互作用的。这就好像两个小孩打乒乓球,乒乓球就是那个玻色子。
那么,为什么磁场与磁铁靠近的时候,我们看不到传递电磁相互作用的玻色子呢?
首先我们来说看不看得到的问题。
我们人类的肉眼看不到的东西很多,比如x光,我们人类也看不到,但x光是存在的。所以,看不到不一定就是不存在。在这个意义上,我们是可以相信传递电磁相互作用的玻色子是可能存在的。
那么,传递电磁相互作用的玻色子是什么呢?
按照量子电动力学,传递电磁相互作用的玻色子是虚光子。虚光子也是光子,但是虚光子的特点是它的能量与动量不满足狭义相对论的质能关系,所以它是虚的。英语叫做virtual partical。正因为它是虚粒子,所以它的寿命很短,不能被我们看到。
虚光子其实就是磁场。但我们说磁场的时候,我们用的是经典场论的语言。但我们说它是虚光子的时候,我们用的是量子场论的语言。这两种描述方式说的是同一个事物,但都没有问题。正如有一个人,他是一个人民教师,他也是一个父亲。这两种描述方法没有什么矛盾。
在物理实验上,也很难用仪器测量到单个虚粒子。为什么?因为它不满足狭义相对论,它很不稳定,寿命太短了。
其他网友回答:这纯属胡扯,扯得太远了,一点也不着边。上过高中的人都明白,变化的磁场产生电场,运动的电荷在其周围产生磁场,是电磁的互相感应。这与光子什么关系?
光是怎么产生的?原子是由原子核和绕核做高速旋转的电子组成的,而电子绕核旋转的轨道是分层的,也叫电子亚层,从里向外分别叫S,P,N……等,越往外层,电子的能级越高,一个电子由高能级跃迁到低能级,就释放出来一个光子。
由于电和磁的转化,以及两块磁铁的靠近,不存在电子的能级跃迁问题,所以不会产生光子,也就看不到光了。
其他网友回答:我的答案是:把“互换”改成“传播”较为贴切:电磁力通过光子来传播。
注意:这里的光子,是场介质被震源激发而有序推涌的光量子,也叫激元(exciton),或传播子(propgator)。但是:
量子电动力学:把电磁传播子叫虚光子,是零维点粒子,其致命瑕疵是:虚光子能密无穷大,被诟病为发散危机,是不可信的。然而:
经典电动力学:电磁场是电磁感应的场,电与磁互为因果,实验方程七姐妹,是可信的:
若静态电场力:▽·E=ρ/ε0...(1),
则磁场力分量:▽·B=0...(2),
电磁感应场力:▽×E=-əB/ət...(3),
真空场在参与:▽×B=μ0J+μ0ε0 əE/ət...(4),
能密互换公式:ρ=½DE=½BH...(5),
能量互换关系:½mv²=½εE²=½μB²...(6)
真空场的速度:c=√1/ε0μ0...(7)。
大家琢磨:
①为什么这些实验方程,都与真空介质的电容率ε0与磁导率μ0有关?
②为什么光速只与ε0与μ0有关?
③没有体积的虚光子是什么鬼?
④电磁力/波传播真不需要介质么?
⑤为什么卡西米尔效应的真空腔会释放电磁波?
如果大家还信量子场论(虽有瑕疵)证实了真空场有零点能,那么:①迈克尔逊莫雷实验否定的真空以太就得重新定义。②否定真空场的相对论引力场方程就不成立。
这也是笔者提出“场介质动力学”的主要动机。特请注意,公式(6)中½mv²的物理意义:
①式中的m是谁的质量?②式中的v该如何计算?③若有m就有体积V,如何计算?
物理新视野,旨在建设性新思维,共同切磋物理/逻辑/双语的疑难问题。
其他网友回答:在我这里,电磁波和光波不是同一种东西,电磁作用力的本质不是光子或虚光子的互换。我认为空间存在正负电粒子和正负磁粒子,电磁波就是这些电磁粒子的波动,而电磁场就是这些粒子建立的不同种类不同密度的电磁空间。两块电磁铁的靠近,就是两个建立的磁空间的靠近,当正负磁粒子空间相互靠近时,正负磁粒子形成磁粒子对,使磁空间密度减小,压力降低,两块磁铁产生吸引力,当同极性磁粒子空间靠近时,磁空间密度加大,压力增高,两块磁铁产生排斥力。
其他网友回答:有些光我们看不到,磁铁好像有三个级,正负级和中间级,,中间级通吃,
光子就是黄道上的单个奇子,这些单个奇子和空穴为奇子交换提供了空间,当单个奇子碰到运行向反的奇子就变成电子,单个奇子被打出碰上磁流就是磁级磁流低于光速,它可以反回,这些单个奇子运行方位不同,可以行成光子,电子,引力,磁力,核力在黄道运行的绕黄道的二个奇子组成核力,其实都是一种东西,就是运行方式不一样,中间磁力就是不在南北级,随时出进,也叫万有磁力
其他网友回答:除了4楼云游272727的解答是对真相的正确描述外,其他的回答都是胡扯。关注我,看我对磁力的描述。什么虚光子,不过一种猜测而已,根本没有证实过。对光,我解释为,电子运动能量对外的一种释放而已,很简单,没有什么量子,色玻子,光子,虚光子什么事。为什么光的初始速度是光速?因为电子运动是光速,所以对外就以光速作功。为什么光具有波粒二相性?一是因为电子围绕原子核高速旋转,所以对外释放的能量也是旋转力,外界观察就具有波动性。为什么光会有不同波长?因为电子绕旋距离有不同。为什么光具有方向性?因为波动具有方向性。为什么光衍射后,还有双向性?因为电子不仅绕旋,还在自转。这个问题这里就不详解了。二是光的能量会进行传递,当能量带动空间中的微粒时,这种微粒就具备了光的能量特性。为什么光有时看得见,有时看不见?因为光这种能量在传递中的物质不同而已,衍射厉害时,我们能看见光,衍射微弱或没有时,我们看不见,例如直空之中。不管看不看得见,能量一直在传递中。我们对电子作功,电子就会把能量反射出来,这个反射出来的能量的波动特性,我们称为光。磁力与光是不同概念,磁力是电子的物质性质概念。欢迎大家关注我在头条中对磁性的解释。
其他网友回答:别让我不说,就说一点,光是有频率的。人的眼睛只能看到可见光频率范围内的光波。紫外线和红外线都看不到。具体频率或者说波长,我也不记得。这个应该很好查。就算你说的对,有光子产生,如果频率不在可见光范围之内,人的眼睛是看不到的。