固态光有没有可能存在?

我从初中开始。。就一直在想。。。固态光有没有可能存在??
具体是这样的。。。
除了它是固态。。。和正常光没有别的区别。。。。
它可以应用于建筑材料。。。
在尚未成熟的时候。。也许只是小型建筑模型。。但是技术成熟之后。。是否技能替代传统建筑材料了呢。。。
扯远了。。。
据我所知(也许不对)。。。光是由光学粒子构成的。。。。。那么是不是可以使这些粒子趋向凝结化。。类似于结冰。。
如是能成功。。。是不是意味着。。。以后一开手电。。。就能以光速出现一个圆锥台型的固体呢???只要保持光源。。。那这样不是既轻便又节能呢。。。。
只是一个想法。。还请指正。。。

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43个答案
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Sheldon理论物理博士,科学松鼠会成员

2012-05-14 10:53

我们所说的固体、液体、气体都是由费米子组成的,满足泡利不相容原理。
但是光是玻色子,不满足泡利不相容原理。所以这种类比是不可能实现的。

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很多玻色子系统(如Na23,Rb87,He4)可以在低温发生玻色-爱因斯坦凝聚,可见粒子是玻色子并不妨碍系统存在凝聚态.

更好的解释会是,在真空中,光子-光子间不存在直接的相互作用,但通过其他相互作用途径(如e-ebar,q-qbar)散射是可能的,但在低能区散射截面非常小.因此我们通常认为,光子-光子没有相互作用,不形成束缚态,这是前提.

这里有光子-光子散射的介绍:
http://indico.cern.ch/getFile.py/access?contribId=6&resId=1&materialId=slides&confId=129952

我个人对凝聚态不在行,但是可以预见的是,存在某种材料,光子与光子间可以很轻易地通过这种材料发生相互作用,并且光速显著下降,成为近似于束缚态的状态——不过这样一来,离lz所说的"固态光"就好像比较远了...

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物理927物理/动漫控 Sherlock大爱 腐

2012-05-15 21:31

嗯……这个问题嘛……居然有人抢了沙发……------+0Δ0+--------
好吧。泡利不相容原理听说过吧,光子又不是费米子。

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大家回答都好高深,不过我偏题想说一下楼主最后的预想
如果真的光可以变成固体,我想,即使你打开手电筒,形成了一个圆锥状光源,那你的黑夜还是应该漆黑一片
因为人看见某个地方光,并不是因为光存在在那个地方,而是那个地方有反射的光射到你眼睛里面。
所以如果光是固体,那么就没有光反射到你眼睛里,黑夜还是黑漆漆一片。。。

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支持者: question1 朕至高无上

问题是光速啊骚年,光都停下来了人的速度怎么办啊。

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phyanont物理学硕士,音乐、涂鸦爱好者,首届果壳漫画大赛三...

2012-12-01 23:50
支持者: question1 Maverick506

固体的原子分子之间靠的是电子间的相互作用,要类比到光子的话,我只能想到玻色爱因斯坦凝聚了,因为固液气里,一般固体温度最低了。记得理论上在3维空间近独立粒子体系在某一临界温度能发生凝聚,无质量粒子(光子)在2维和3维的情况下能在某一临界温度发生凝聚。

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支持者: ayudann

不会动的光或许一直存在也说不定,它的名字也许叫“暗物质”。。

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支持者: HomeAnimator

根据爱因斯坦的公式有静止质量的物质无法到达光速,所以光子的质量为零
从我个人的观点来讲 我并不认为这样反推是正确的 而且我臆测爱因斯坦的公式不错但也不能说绝对正确吧 仅是臆测因为我没有专业知识
假设光是有质量的 可以被停下 但我们也无法将它停下 我们没有一个光速或者超光速的工具能捕捉到他
虽然现在有使光”减速“的方法 但我认为那种方法并不是真正意义上的减速 只是让光以较慢的速度通过一段从我们眼中观测到的距离 微观上来看光依然是以光速运行只不过是在一小段通道里来回折腾罢了 要是在通道外罩上一个完全密闭的盒子 光也会也不行 它始终没有被停下来
再有 如果像我们假设中的那么一个细小的物质停住了 在真空状态下还好 要是在大气层内它随时都可以恢复光速因为空气的大小相比我们所想象的光那可以说是无比的大 稍微碰一下光就又以光速飞走了 更何况形成固体
又或者我们再次假设光是极小的有物质的能够形成固体 那么那个固体是又无数比我们现在能看得到的最小的物质还要小的物质组成的 当它被组成物质后我们发现 它就普通的相对较大的物质 没有任何区别 也就是说我们周围的一切都可以被拆解变成光那么小的物质 然后随便一受力就以光速飞行出去了
以上都是我臆测的 但也说不定物质的本源就是像光那么小的东西 他们之所以能达到光速就是由于他们无限接近于0的细小程度 就像爱因斯坦的公式所证明的那样普通的物质不可能达到或者超过光速 如果达到了按照我的猜想由于太快了那么这个物质就会被分解为光子 其实这里可以有一个比喻 那就是这就像地球围着太阳 他们之间有力的关系所以地球不会被甩飞 假如地球公转速度不断加快那么它就会被甩出去 被甩出去的地球估计就会像光子一样直着不断向前飞去了吧

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cofelink拿铁无用,瑾月灼银。

2012-05-15 16:49

冬季来临时一起去哈尔滨看冰灯吧谢耳朵……#V#很梦幻哦

啊当然不是以光速运动的灯#V#

===========
啊,设计一个维度让这种事情实现。。手电光果冻!

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感觉没太看懂费米子和波色子相关的理论,但是从光的电磁学角度来看的话,既然光是波动的电磁场,按照迪卡儿的理论应该不可以停下来吧,毕竟目前为止没有出现过固态的电磁波。 比较现实的方向就是降低光速吧,在材料折射率足够大的情况下可以有效降低光速,但这跟光的停止恐怕有本质的区别吧。 另外想请教一下:假设可以将观察者加速到光速(虽然目前来看不符合狭义相对论),是否与光的相对速度为零时可以观察到类似光静止的现象?

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补充LS的话。
对于LZ这个问题,不同的人看的不一样吧?
首先对于光还有固体的定义,如果直接放一块儿的话,肯定会有很多谬误,毕竟我们现在的研究可能是某一理论的子集,或许等理论完善了,与楼主类似的问题(可能与LZ原来的想法不一样了)就会迎刃而解?

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很小的时候看过在特定的介质和特定条件下让光凝固的理论,不过作为电磁波,要变成固体的话还是它本身么?话说气态的人存在不?

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C-5XPO科学爱好者

2013-03-31 11:08

泡利不相容原理说过,光子又不是费米子,但是光是玻色子。但不是不可能,几个月前看了一篇文章说科学家已经制造出”时间晶体“。

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= =感觉固体了的话,怎么也建筑不了啊,感觉应该是BEAM SABER 的节奏啊,光剑搞起来!!!

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至少有点永动机的味道。即使光变成了固体,也不可能一直会发光了。

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你怎么可以让限制光子的范围哩?...亲~

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如果把光比作水的话,从水管中冲出的水在一瞬间凝固,需要非常低的温度,则它变成一根冰柱。

那么把光子固定,光靠低温肯定不行,需要将其停止的能量。我觉得光本身就是一种能量,而如果能量停止运动,那么也就不是能量了,那时也就不存在光了。所以你说的问题很难实现。除非……时间停止。

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冰火梦幻信息与计算科学学士,算法控,AI爱好者

2013-10-20 19:04

机器猫里有个探照灯,射出光线后人可以在里面走,野比曾经想走到月球去,后来因为仰角变高而失败。

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我不懂理论 但是 如果一种叫做光的的物质被固态了 它还具有光的特性吗? 就像是 水变成冰 还能流动吗

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应该是麦克斯韦的理论推导出的物质方程吧~然后是光的波动方程~这个的结论不就是光是连续的电磁波么。电磁波怎么可能有固态形式?

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这个恐怕是没法实现了

不过你可以想个替代的东西
如快速凝固的泡沫材料
从枪里喷出来迅速成型倒是有希望

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大家不记得星球大战“光剑”的设定了吗?!那就是固态光。

不过大前提设定是:影片中物理法则与我们世界不同。

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原理上不可能。光子之间无相互作用,形成不了任何束缚态。

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公孙智深眼睛雪亮的无知群众

2013-10-21 11:13

换种想法,固态的光能否被看见?
一个有质量的颗粒一以每秒叁拾万公里的速度装入你的视网膜……想想都可怕……
或者这个固态的光停留在一个位置。它肯定不会向周围辐射任何形式的光,否则这个固态的光就不是稳定存在的。那他还是无法被看见的……

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参天软件工程师

2013-10-21 12:56

楼主的问题可以用全息摄影,立体电影,来实现。

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很好的想法,为你珍贵的想象力鼓掌!
让我想起了ether 以太学说,觉得涉及到物理学的终极问题,好像目前理论无法回答!

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固体是靠相互作用达到最小势能来维持形态的。光子与光子之间(在低能下)没有相互作用,或者说,没有势能,所以不会有固定形态。(高能下会发生反应(gamma gamma interaction)变成其他粒子,不予讨论。)
附:It(solid) is characterized by structural rigidity and resistance to changes of shape or volume.

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不可能有“固态光”存在!因为:“光”不是“物质”!“光”只是“电磁场”中一种极高频振荡波在电磁场中向四面八方无数多个方向扩展传播出去的物理波动传播现象!“光波”仅仅是电磁波的一部分。而“光速”只是电磁场传递电磁作用力的速度,它是由电磁场自身的性质决定的,是一个非常重要的物理参数。问题在于爱因斯坦先生将其错误地理解为“一种微粒子的机械运动速度”并且将它绝对化了!“光速”的绝对化必然使得“空间”“时间”“质量”相对化,于是“光子”这样一个“微粒子”概念就随之产生出来,“光”这样一个本来是“电磁波扩展传播问题”就成了一个“机械运动问题”了,顺着机械运动的思路才有可能想到“固态光”是否存在的疑问。你也可以把本人对这个问题的回答变换成为:如果你认为“光”是一种机械运动的话,那么就有可能有“固态光”的存在!但如果你认为“光”仅仅是电磁波的话那么就不可能有“固态光”存在!这结论不是明摆着的吗?不可能有“固态光”存在!

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极端环境,现在人类感知和接触的环境都不行

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小流氓186理论物理博士ψ

2012-05-19 15:41

可能性不大,光是由光子组成的,光子不可能固态!

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北方之盐地理信息系统专业,文史爱好者

2012-12-01 23:56

科学研究的目的就是将未知变为已知,将不可能变为可能。诸位先别急着一个劲的说不可能不可能……对于物理俺是门外汉,但俺知道现在看似不可能的事将来也许会成为可能。

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支持者: HomeAnimator C-5XPO

你的问题非常好,能够引出非常好的答案。不过大虾们太高深,已经超出一般中学生或本科生水平,不够科普啊。我试着用中学水平解释下。
我们一般理解的固体由分子组成。是否现代物理学已经否定这一概念了?我看大虾们都没有提到。分子是由原子组成。原子晶格算什么?构成原子的基本粒子我们以前认为有质子中子电子等。后来发现了更多。分为有静止质量和没有静止质量。没有静止质量的粒子只能以光速运行,至少我是这么理解的。光子和电子之间的联系在于,如果电子发生能量跃迁,则发射或吸收光子。这样,光子虽然没有静止质量,但却有能量。
而现代研究表明,我们认为基本粒子是‘粒子’的想法很可能是人类一厢情愿的假设。即使是电子,有静止质量,仍然不符合我们对自然界固态粒子的行为假设。而光子与电子之间的联系,使霍金等物理学家相信,能量与物质的关系,不过是束缚态的能量和非束缚态能量的区别。黑洞和物质能量转换爱因斯坦公式都说明,可以有没有任何物质形态的能量团存在。
不知道光子的能量束缚是如何的,但电子,中子,原子等物质形态告诉我们,看起来是固体的东西,实际上里面是空的,能量的某种形式的束缚__吸引或排斥,构成了稳定的结构,才形成了固态,液态,气态等分子态。
因此,如果你的新型固体是由光子组成,那么,如何保证你的固体能够稳定存在?固体必定有物理可分的最小单元,你的最小单元是什么?光子本身吗?那就不可能了。因为光子在常态下没有电子同性相斥的力,即便光子运动速度是零,也不可能形成吸引排斥平衡结构。更何况我们的物理世界对于光子的理解是:这种能量团,永远以光速运动。因为广义相对论指出,如果你增加其能量,等于增加其惯性质量,因此,如果你打算把光速降到零,其光速下的质量,到在静止状态下的0质量,这种质量的变化,必须有相应的能量,而这种能量的灌输或消失,可能需要其他物质来实现,比如电子能量跃迁。但实际上,被吸收的光仍然以光速运行,只不过以电子的名义,围绕一个核光速转动。因此,这种看似速度为零的光子虽然存在,我们已经不再认为它是光子,而把其称为电子,原子等。如果没有这种转化,则光子并不表现出任何宏观物质的特性,微观粒子的行为,与我们观察到的石子或玻璃球等宏观物质的行为特性是完全不同的,把这些基本粒子称为粒子,实在是一个容易误解误导的概念游戏,粒子概念只存在于我们的想象中,微观物质按照他们自己的规律运行,而非人类想象的规律运行。也许我们将能够逐渐认识它们,也许我们永远无法认识它们,谁知道呢?但想象是好的,激发答案的问题也是好的,至少我们在接近真相的路上。

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支持者: 收藏家羅妮 C-5XPO

我虽然是学物理的,但对于量子力学还是入门阶段。光是一种电磁波,即一种能量,它存在波粒二象性,由一个一个光子组成的概率波。光子没有质量(不然也不会达到光速),如果拿它来盖房子,估计我们就可以穿墙了。不过,在理论上光子是可以转换成有质量的物质的(E=MC2)。

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支持者: sowillwe

呃,费这么大的劲就是为了改房子么? 你想要固体的光不需要来冻结光。我们有现成的! 一块木头,一块板砖都是被凝结了的光。 e=mc2

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lz你说莫非现在的光是气态的?

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以光束能量维持空间小微粒保持类似固态的存在不知是否可行呢,如果可行便可能能达到楼主想要的效果。就比如在光束下可以看到的灰尘。。。

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从某种意义上说,手电筒里就有固态光。

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光子本来就不是一个实质性的粒子,就不存在状态不状态的问题,不过楼主的想法确实很奇妙。

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