光子间有相互作用么?

如果用两个不同频率的激光束对着照,两束光“作用”后,再在两端接收到的光子频率变么???

过着别的实验也行,上面是我假象的……

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8个答案
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LePtC物理学博士生

2013-10-12 03:07

这个问题一问就问进相对论量子场论了...

经典地来说,光子是玻色子,两个光子可以在一起,电磁场可以线性叠加,不会有任何相互影响
但是随着人类能制造的能量越来越高,我们在介质中观察到了光的非线性效应,这个效应包含了不同光之间的作用
所以如果有介质的话,正如 @频域魔法学徒 所说,肯定有相互作用,这个是非线性光学研究的内容

但我估计题主是想问真空中的情况...
干涉算不算光子间相互作用?干涉要求两束光频率接近,否则效果就不明显,即@yangyanggoods 说的情况

但题主是想让两光子相撞...
嗯,这个过程叫Photon-Photon Scattering,光子和光子撞在一起,满足能量守恒,动量守恒...
如果相撞的两个光子能量足够高的话,甚至能撞出正负电子对来,这个是有实验

光剑是用啥做的来着?不是光子吧...

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章鱼喵.时见疏星理论物理专业,西夏文爱好者

2013-10-13 05:36

我来说一个比较简单的容易理解的解释。

我们现在一共有四种基本相互作用:电磁,弱,强,引力。

光子是电磁相互作用的媒介子,也就是说用来传递电磁相互作用的。那我们想想,电磁相互作用也怎么才能有相互作用?
比如我们有两个带正电的物体,这两个物体会相互排斥。也就是说,要有荷,电磁相互作用才能发生,这里是电荷和磁荷(通常为零),没有这两种荷就没法相互作用。
光子是电荷为零的基本粒子,所以它们本身没法有电磁相互作用。

弱相互作用发生同样需要荷,weak isospin,是轻子和夸克参与的相互作用。但是在低能的情况下,弱相互作用荷电磁相互作用是相互独立的两种相互作用,因为传递这两种相互作用的粒子的基本性质完全不同,所以这时候光子之间也没法发生弱相互作用。

强相互作用是发生在夸克之间的,是由胶子做媒介的。

光子之间的引力相互作用在低能和平直时空下可以忽略不计。


总之,光子之间没有相互作用。
这个解释在低能下比较正确的。

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如果我们增加能量,光子能量比较高,就更容易有诱导出的带电荷的正负粒子对,它们通过这些带电荷的正负粒子对来相互作用。
为什么会有正负粒子对出来呢?因为量子力学里面有个能量时间不确定关系(严格的说不是量子力学给出的,因为量子力学里面时间不是算符,所以这个不确定关系不能严格推导),这个关系给出来一个能量不守恒的下限时间。
也就是说,在一个很短很短的时间内,我们可以创造出一个能量,例如这里的正负粒子对。但是这些创造的能量只能存在有限的时间,而我们知道在我们的时空中,物理速度有个上限(光速),所以这些创造出来的粒子能够走的最远距离也就有限,因为这种相互作用只能发生在比较近的两个光子之间。

这个跟电子之间的电磁相互作用一个道理。电子周围并不干净,总被一些光子罩着。当两个电子出现的时候,它们之间就通过这些光子相互作用。因为光子质量为零,所以电子总可以制造出频率足够低的光子,这些光子能量很小,所以可以存在很长的时间,也就说可以传播到很远的地方。

这里光子创造电子不同,电子质量不为零,所以创造出来的电子寿命有个上限,也就是说这些(正负)电子所能够带给光子的相互作用就有个最大距离。电子还是挺重的,所以这个距离很小。

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如果我们再增加能量,到了电弱同意的能标上,那么光子之间还会有弱相互作用。例如回到宇宙刚刚创生的时候,在温度在 100 GeV (宇宙年龄大约 1s 作用)这样的量级之上,电磁相互作用和弱相互作用是统一的。


能量高的时候,光子的能动张量不为零,在广义相对论里面,它们之间引力相互作用还会变得很明显。

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如果能量再高,我就不知道了。

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这些是基于现在的粒子物理标准模型和宇宙学标准模型来的,当然也有其它理论。不过粒子物理标准模型是迄今为止一个与所有的实验相吻合的模型,所以在我们现在的能标下面相当可信。

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yangyanggoods私立樱才学园学生会入会积极分子

2013-10-11 20:26
支持者: 一醉笑江湖

频率不会变,这种时候只要把光看成波就行了。
如果是不同频率的光束的话,就算叠加在一起应该也不会产生什么特别的现象

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频域魔法学徒光学硕士,学过点数学

2013-10-11 20:37
支持者: 一醉笑江湖

真空中的光之间就我所知没有任何相互作用。当光在介质中传播时会有,如互相位调制,四波(光)混频等(大约就是字面表达的意思),这类称作光的非线性效应。

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支持者: 一醉笑江湖

1)直接作用没有;
2)光子可以作用于介质,介质再作用于光子,这种间接作用有。

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通俗的解释:光子也有一定的粒子性,总是可以取到一个合适的参考系使得(两个)光子的动能高于正负电子对的最小能量,这种情况下就会发生空间通过正负电子对的能量交换,回到原来的慢参考系里这种事件发生的时间太长,或者概率太低。

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