百科精品：3.1-1：物质粒子和能量子有相同的来源吗？（多图）

【人民报消息】前面我们谈到了光子。一个光子是多少能量呢？在物理学上有一个公式：E=hν，这个字母ν表示频率。公式表示光子能量和频率的关系。比如红光的频率比较低，那么一个红光光子的能量就低；而紫光频率比较高，表示紫光光子能量比较高。这样就带来一个问题：同一个频率的光子可以看成相同的能量子，那不同频率的光子就是不同的能量子。光波的频率是从低到高连续的，那这光子不是有无数种吗？怎么能称为「基本粒子」呢？（一）能量子的来源我们可以换一种理解：把一个光子看成是更小的能量小组成的，叫基本能量子，也叫h子，它的能量就写成。一个光子是由多少个h子组成的，它的能量就是多少个。这样一来，就成了下面的对应关系：

h子（作者制图）

表示一个h子的能量，n表示一个光子中所含的h子的数目，E表示一个光子的能量。这样就很好理解了。光子中所含的基本能量子越多，光子的能量就越大。

光波（电磁波）中含有电（E）和磁（B）的成分（AI制图）

h子构成光子，可以构成许多种，不同的光子中所包含的h子数量是不一样的。光子中所含h子特别少的，叫无线电波，它的穿透能力特别弱，但衍射能力特别强，就是遇到障碍物就拐弯过去，所以我们的手机在房间里也能收到信号。光子中所含h子比较多的，就叫做可见光，我们眼睛可以看到。所含h子特别多的，有X射线和射线，它们的穿透能力就特别强。所有电磁波的家族，就像一个族谱，我们叫做电磁波谱。

电磁波谱（作者制图）

目前还有的家庭使用日光灯，日光灯的灯管里边发出的电磁波中其实有大量的紫外线，对人是有伤害的。不过不用担心，在日光灯管上涂有一层荧光粉，它的作用就是吸收紫外线，然后放出可见光，对人就没有伤害了。这个荧光粉的作用，就像是把一根很长的大葱，切成好几根短短的葱段。不同数量的h子，组成了不同的光子。我们还知道，变化的电场可以产生磁场；变化的磁场也可以产生电场。这样相互产生，就形成了电磁场。电磁场向远处传播，就是电磁波。而光也是一种电磁波。这样看来，电场、磁场、电磁场和电磁波（光波），它们都是亲戚了，由同样的粒子——h子组成的。那么，它们之间的转化，就像是化学反应一样，只是h子构成不同的能量子时，结构的改变。这与石墨和金刚石的转变也有类似之处。同时，无论电场子、磁场子和不同的光子之间如何转化，组成它们的更小的粒子——h子是不变的，这就是能量转化中的守恒。（二）物质粒子的来源在现代物理学的标准模型中，认为电子是基本粒子。但同时，又有另外一个现象：就是正负电子对的湮灭：

电子对的湮灭（作者制图）

一个正电子和一个负电子相撞，然后都消失了，而出现了一对能量很大的光子——（伽玛）光子。如果不是正负电子转化成了光子，那它们哪去了？这违反了物质不灭。如果光子不是正负电子转化来的？那它们从何而来？这违反了能量守恒。我们只能认为，电子转化成了光子。那为什么能转化呢？就像金刚石可以变成石墨，却变不成黄金一样。因为组成金刚石和石墨的下一层粒子都是一样的，都是碳原子。而变成黄金，除非发生核反应。也就是说，电子和光子有黄同的来源：都是h子组成的。中子可以变成质子，放出一个电子来；质子也可以变成中子，放出一个正电子来。这又说明，质子和中子也是由h子组成的。而所有的原子，都是由质子、中子和电子组成；所有的分子都由原子组成；所有的物质都由分子或者原子组成。那么，一切物质都由h子组成，一切能量也都由h子组成。 H子是组成一切物质和能量的「基本能量子」。如果这样的话，那光子是否可以变成正负电子呢？真可以。英国科学家做了高能光子碰撞产生正负电子的实验，科学家首先用高能激光加速电子，当电子接近光速后撞击金箔，就可以产生能量更高的光子束。然后科学家把高能光子引入黄金制作的容器中，使两个高能光子发生碰撞，就能产生正负电子被仪器探测到。

左：光子转变成电子；右：电子转变成光子（作者制图）

在科学的前沿，同一种现象，不同的人会有不同的解读。科学的每一步发展，都是对先前理论的突破，甚至否定。而更新的理论，又是对这个理论的突破。科学就是这样发展过来的。所以有科学家戏称：科学总是从一个错误走向另一个错误。如果有人坚持说，哪个理论是牛顿说的，是爱因斯坦说的，怎么可能错呢？回顾科学发展的历史，可以看到，当年牛顿从默默无闻到创立他的学说的时候，他承受的不也是这样的压力吗？当他成名之后，爱因斯坦创立他的相对论的时候，不也有大量的人又利用牛顿的理论来打击爱因斯坦吗？历史的教训太多了。（三）如何理解？以水为例。在常温下，水是液态的；温度太低，它就结冰，成为固态；温度太高，它就飘散到空气中，成为气态。水还是水，状态不同而已。