如果幾束光交叉的話,相互之間會有影響嗎?
例如:兩個激光束相互交叉,之間會有影響嗎?
嚴格的說,光子與光子之間有相互作用。
在經典的電磁理論中,光子與光子之間是沒有相互作用的,這一點可以從麥克斯韋方程組中看出。但是我們現在已經知道,麥克斯韋方程組並不是完全正確的,只是量子電動力學在低能下的近似。
實際上,高能光子打到一起是有可能發生反應的,那麼兩束光交叉會有可能發生哪些反應呢?
1、光子光子散射最簡單的情況就是光子光子散射,就像兩個小球對撞彈開了一樣。但是說這是最簡單的情況其實不準確的,因為根據量子電動力學,這種過程至少是四階的,用費曼圖表示就是:
在這個過程中,兩個光子通過中間的虛電子發生了相互作用。但是上面說了,這個過程是四階的,因此發生的幾率是非常的小的。
2、光子光子生成正負電子對
實際最簡單的情況應該是光子光子生成正負電子對(也就是所謂的「能量生成質量」,當然實際上這句話是不嚴謹的,實際只是能量的表現形式發生了變化,從動量變成質量),費曼圖為:
上一個過程中間有四條線,這個只有兩個,這個過程確實簡單一點,但是上一個過程對能量沒有要求, 或者說,任何的能量下都有可能發生,但是這個過程卻有能量閾值,考慮生成的兩個電子就是靜止的,那麼兩個光子的總能量至少要等於兩個電子靜質量對應的能量,用質能方程就能很容易的算出來:
其中 是電子的靜質量, 是入射光子的頻率,可以算出:
再通過 算出光子波長:
這是什麼概念呢?我們看一下光譜:
通過這個光譜,上面算出來的入射光子是屬於gamma射線級別的。那麼這樣的能量現在的激光能產生嗎?我找到了一張激光譜(Laser - Wikipedia)
我們主要看一下所能達到的最高能量:
最高能量的光子波長為 左右,離X光還有一段距離,更不用說gamma射線了。也就是說目前的激光並不能通過交叉產生正負電子對。
(*經評論區知友 @W先生指正,有能做到更高能量的,請參考
https://microscopy-analysis.com/editorials/editorial-listings/x-ray-laser-boasts-shortest-wavelength-ever?microscopy-analysis.com*)
當然,我們還有別的辦法,比如說通過加速器中的電子輻射或者對撞機里產生的光子等,這個能量是非常容易達到的。那下面我們就假設我們能得到任意能量的光子。
3、光子光子生成強子
除了生成正負電子對,還能生成其它的物質嗎?顯然是可以的,只要給夠能量,這樣的過程可以生成任意的正反物質對,比如說夸克對。但是夸克和夸克之間除了電磁相互作用外(用量子電動力學描述),還有更強的相互作用,即強相互作用,用量子色動力學描述。強相互作用的性質使得在真空中夸克不能單獨出現,必須成雙(正負夸克對形成介子)或者三人行(三個夸克形成重子),也就是所謂的夸克禁閉。
那麼,如果兩個光子生成夸克,那考慮的就不是夸克了,而是由夸克構成的介子。這種情況下並不能生成一個重子,因為一個正的重子完全由正夸克構成。但是介子可以是由相同的正負夸克對構成,滿足這樣條件的最輕的介子就是 介子,其質量為:
,
這可比電子重多了,大約中了三個數量級!!!因此產生 介子就得需要更大的能量了,同樣的根據上面計算電子的計算,也可以得到此時光子的波長:
顯然波長也小了三個數量級。
那對於更重的質子或者中子或者其它強子,就得需要更大能量的光子了。
4、光子光子產生小宇宙
事情並不會這麼簡單的結束。在上面的說明中,光子只是產生一個正負電子對或者正負夸克對。但是如果兩束入射的光子的能量非常的高,遠遠的高出產生一個夸克對的能量,那麼這種情況下,一次光子的對撞,就會瞬間產生成千上萬的粒子對,這些粒子聚集在非常小的空間,有著非常高的能量,然後集聚的膨脹。這聽起來是不是非常宇宙大爆炸呢?
在膨脹的過程中,粒子逐漸冷卻,依靠各種相互作用逐漸聚集在一起,形成宏觀可見的物體。如果初始光子能量足夠的高,那麼這個過程產生的粒子足夠的多,最終冷卻下來以後就會形成星系,
噹噹當,一個新的宇宙誕生了!!!
所以,上帝說,要有光!有了光,宇宙就誕生了!
所以,各位,當你看到有個人拿著兩個手電筒交叉在一起的時候,像這樣,
千萬別笑,他只是想造一個小宇宙而已!
我的上一個回答ヾ(?°?°?)?? 我的下一個回答
嗯。。。光除了粒子性還有波動性。
在介質中,光之間的互相作用,其實還可以有和頻效應,倍頻效應和差頻效應等等。
也就是說,兩束/三束光交叉可能會使出射光頻率和兩條/三條入射光都不一樣,可以是相加,可以是相減,也可以是兩倍或者三倍頻。
搜索一下四波混頻,打開新世界的大門。
不像粒子性那種在燒瓶中的小妖精,四波混頻可是深入日常生活中了哦。
高票答案真厲害。
解決了太空飛行中,無工質引擎的問題。
並且可以連續使用,不需要放電。
那些微觀高速領域真複雜,按照普通人的世界裡,日常生活中光簡化成波,兩個波相遇會疊加,也就是兩道光同時照在那裡,那裡會變亮。離開後就會各不相干,別的地方沒啥影響。這些近似值對於普通人和非專業領域已經夠用了
你可以看看關於綴飾波理論。
大概是關於兩束相同的激光對打形成駐波,這個駐波和介質(銣蒸汽)發生光電效應吧,形成光柵,然後有原子中電子躍遷產生的光子在經過這個光柵可以看到四六波。應該是這樣吧。。。
我是學it的,之前在一個物理實驗室打過雜,看過一些這方面的論文。
細節還請自行百度
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