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[请教] 《物理学》里光子（光量子）能量 E=hν 精确成立的条件是什么？

光子： photon

调幅广播： amplitude modulation radio

载热子： heat carrier

图1  Calculating The Energy of a Photon

https://general.chemistrysteps.com/wp-content/uploads/2023/03/Energy-Frequency-Wavelength-and-Plancks-Constant-formula.png

https://general.chemistrysteps.com/calculate-energy-of-a-photon/

   由于任何一个事物都同周围事物有联系，所以周围的其他事物就成了它产生、存在和发展的条件。

   世界上除了整体物质世界是无条件的以外，凡具体事物都是有条件的。

   离开条件，一切都无法存在，也无法理解。

——以上抄袭自哲学家

一、光子 photon、载热子 heat carrier、调幅广播 amplitude modulation radio

1.1  光子 photon

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=215506&Type=bkzyb&SubID=146659

   电磁场的量子，是自旋为、静止质量为零的中性玻色子，还是传递电磁相互作用的媒介粒子，在真空中以光速运动。又称光量子。

   根据爱因斯坦假设，光量子的能量E=hν，光量子的动量p=hν/c=h/λ。其中h是普朗克常数；ν是光频率；λ是光波长；c是真空中光速。1916年R.密立根的精细光电效应实验以及1923年A.H.康普顿的X射线电子散射实验有力地支持了爱因斯坦的光量子假设。1926年，美国物理化学家G.N.刘易斯在其论文中使用了光子一词，之后光子一词逐渐替代了光量子被物理学家广泛采用。

   光子是电磁场的量子

   20世纪30年代建立的量子电动力学和后来的量子场论发展了光子的概念，把光子看成是辐射电磁场的场量子，其静止质量为零，自旋为h，在真空中以光速c运动，属于中性玻色子。光子还是传递电磁相互作用的媒介粒子。

   光子与电子等实物粒子不同，它是相对论粒子，不存在光子的位置算符，也不存在位形空间的光子的波函数。一般情况下，位形空间的电磁场E(r,t)，B(r,t)不能充当光子的波函数。

   对于光子的更进一步的认识尚在进行中。

1.2  载热子 heat carrier

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=195944&Type=bkzyb&SubID=140394

   传热过程中量子化的热量载体。

   热辐射过程的载热子是光子。热辐射本质上是电磁波的传播，即高温物体由于内部电荷运动产生的电磁波发射到低温物体的过程。在电磁波的传播过程中，能量是分离的，电磁波最小的能量即光子。

1.3  调幅广播 amplitude modulation radio

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=109698&Type=bkzyb&SubID=81259

   以幅度调制方式对音频信号进行无线电传输的模拟声音广播形式。幅度调制是将要传送的信号作为调制信号控制载波的振幅，使其按照调制信号的规律变化。

   其主要工作原理为：调幅发射机对音频节目信号（以下简称音频信号）进行处理放大后，作为调制信号对高频载波的振幅进行调制，得到调幅波。调幅波经馈线系统传输到天线，由天线将其转变成无线电波发射出去。

   调幅波的频带宽度为调制信号最高频率的两倍。中国标准规定，一个调幅广播电台所占用的频道宽度为9千赫，即调幅广播的音频信号带宽将不超过4.5千赫。由于人耳可听声音的最高频率约为20千赫，而调幅广播只能传送4.5千赫的最高频率，再加上调幅波本身的抗干扰能力较差，因此收听效果不够理想。

二、请教：怎样用光子来解释“调幅广播 amplitude modulation radio”？

   换言之，

   光量子能量 E=hν 的精确成立的条件是什么？

   本来以为似乎想通了，但近来又似乎糊涂了。

图2  电磁波谱 GalsterFig1_ElectromagneticSpectrumGraphic.jpg

http://a360-wp-uploads.s3.amazonaws.com/wp-content/uploads/hearingr/2017/06/GalsterFig1_ElectromagneticSpectrumGraphic.jpg

https://hearingreview.com/inside-hearing/research/wireless-hearing-aids-present-health-risk

三、提出一个问题往往比解决一个问题更为重要

3.1  提出一个问题往往比解决一个问题更为重要

   爱因斯坦曾说：“提出一个问题往往比解决一个问题更为重要，因为解决一个问题也许只是一个数学上或实验上的技巧问题。而提出新的问题、新的可能性，从新的角度看旧问题，却需要创造性的想像力，而且标志着科学的真正进步。”

   The formulation of a problem is far more often essential than its solution, which may be merely a matter of mathematical or experimental skill. to raise new questions, new possibilities, regard old problems from a new angle requires creative imagination and marks real advance in science.

图3  爱因斯坦和 Léopold Infeld 合作的一本书《Evolution of Physics》

   To raise new questions, new possibilities, to regard old problems from a new angle, requires creative imagination and marks real advance in science.

图4  爱因斯坦和英费尔德，1938年，Einstein and Leopold Infeld, 1938.

https://lanticapitaliste.org/sites/default/files/illus-p34et35.jpg

3.2  物理学，归根到底是实验科学

   网传伽利略说：

   “科学的真理不应该在古代圣人的蒙着灰尘的书上去找，而应该在实验中和以实验为基础的理论中去找。真正的哲学是写在那本经常在我们眼前打开着的最伟大的书里面的，这本书就是宇宙，就是自然界本身，人们必须去读它。”

   爱因斯坦（Albert Einstein）1933-06-10 在the Herbert Spencer lecture at Oxford 《On the Method of Theoretical Physics 关于理论物理学的方法》里说: “Pure logical thinking cannot yield us any knowledge of the empirical world; all knowledge of reality starts from experience and ends in it. Propositions arrived at purely by logical means are completely empty as regards reality. Because Galileo saw this, and particularly because he drummed it into the scientific world, he is the father of physics —— indeed of modern science altogether. 纯粹的逻辑思维不能给我们任何关于经验世界的知识；一切关于实在的知识，都是从经验开始，又终结于经验。就现实而言，纯粹通过逻辑手段得出的主张是完全空白的。由于伽利略看到了这一点，特别是因为他将其强力引入了科学界，因此他是物理学的父亲 —— 完全代表了现代科学。”

参考资料：

[1] 2023-08-01，光子/photon/裴寿镛，吴令安，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=215506&Type=bkzyb&SubID=146659

   电磁场的量子，是自旋为h、静止质量为零的中性玻色子，还是传递电磁相互作用的媒介粒子，在真空中以光速运动。又称光量子。

[2] 2023-08-18，电磁波传播/electromagnetic wave propagation/陈照谋，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=94560&Type=bkzyb&SubID=80494

   利用光波传播探测以太的企图失败，导致狭义相对论的诞生，而利用光波传播建造的分光仪器对原子光谱的实验研究，为量子理论的建立提供了丰富的资料。量子理论的发展为相干辐射源（微波激射器和激光器）的发明提供了理论基础。激光器的发明提供了良好的相干光源，推动了以光波传输信息的光纤通信的发展。光纤通信具有极高的信息传输速率和极大的信息传输容量，使得光波导纤维以及由其制成的光缆成为现代通信产业中的重要产品，正在大量取代同轴电缆、微波中继而进入通信干线。

   从广义上说，紫外线、X射线、γ射线的辐射也应属于电磁波的传播。

[3] 2022-01-20，载热子/heat carrier/谢华清，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=195944&Type=bkzyb&SubID=140394

   传热过程中量子化的热量载体。

   热辐射过程的载热子是光子。热辐射本质上是电磁波的传播，即高温物体由于内部电荷运动产生的电磁波发射到低温物体的过程。在电磁波的传播过程中，能量是分离的，电磁波最小的能量即光子。

[4] 2022-01-20，调幅广播/amplitude modulation radio/史萍，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=109698&Type=bkzyb&SubID=81259

   以幅度调制方式对音频信号进行无线电传输的模拟声音广播形式。幅度调制是将要传送的信号作为调制信号控制载波的振幅，使其按照调制信号的规律变化。

[5] 2023-10-19，调频广播/frequency modulation radio/史萍，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=109697&Type=bkzyb&SubID=81259

   以频率调制方式对音频信号进行无线电传输的模拟声音广播形式。频率调制是将要传送的信号作为调制信号控制载波的瞬时频率，使其按照调制信号的规律变化。

[6] 2023-05-20，广播/broadcast/史萍，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=109685&Type=bkzyb&SubID=81257

   1906～1920年期间，研究人员在不同地点进行了多次试验性无线电广播。1920年11月2日，美国匹兹堡KDKA电台正式播出，这是世界上第一座持有执照的无线电广播电台。随后，英国、法国、德国、苏联等国家陆续开办无线电广播，无线电广播业务在全世界范围内得

到迅速发展和广泛应用。早期的无线电广播在技术上均采用调幅（amplitude modulation，AM）方式，尽管收听质量无法和后来的调频广播相比，但却开创了一种全新的信息传播和娱乐方式，在广播发展史上具有里程碑意义。

   广播可分为模拟声音广播和数字声音广播两种类型。

   ①模拟声音广播。按调制方式的不同可分为调幅广播和调频广播两种类型。调幅广播是指利用幅度调制技术实现声音节目信号的发送，而调频广播是指利用频率调制技术实现声音节目信号的发送。调幅广播工作于中波频段和短波频段，国家标准规定其载波频率范围分别为526.5～1606.5千赫和2.3～26.1兆赫。工作于这两个频段的调幅广播分别称为中波广播和短波广播。

[7] 2022-01-20，光/light/郭奕玲，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=132834&Type=bkzyb&SubID=95642

相关链接：

[1] 2024-05-12，[讨论，建议] “科普”那些“真正达到国际领先”我国科技新成果或研究

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1433794.html

[2] 2024-01-26，[打听] “单光子”遇上“半反半透镜”：观察到什么现象？

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1419489.html

[3] 2022-07-31（2018-08-29）[重贴] 反思麦克斯韦经典电磁理论宣言（附说明）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1349475.html

https://wap.sciencenet.cn/blog-107667-1349475.html

[4] 2024-07-17，[转载] 费曼 Feynman：拜运输机教科学 Cargo Cult Science （草包族科学）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1442554.html

[5] 2024-07-17，[实验，理论，数学文化] 物理学试验与数学证明：庞加莱看正态分布

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1442702.html

[6] 2024-07-15，[笔记，随感] 物理理论与物理实验

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1442409.html

[7] 2023-12-24，[小资料，思考] 光，光子，电磁波，真空

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1415191.html

[8] 2022-10-13，[求助] 关于“量子纠缠”的科普级答疑

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1359275.html

[9] 2020-12-01，[建议] 重复孟德尔的生物学豌豆实验

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1260648.html

https://wap.sciencenet.cn/blog-107667-1260648.html

[10] 2022-06-02，[讨论] 从孟德尔“豌豆实验”到流体力学 Navier–Stokes 方程

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1341284.html

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[11] 2022-09-28，历史上经典科学实验的现代再检验：“硬凑”的逻辑

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1357231.html

https://wap.sciencenet.cn/blog-107667-1357231.html

[12] 2021-01-13，[建议] 广泛重复自然科学各个学科中100多年前的那些经典实验

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1267037.html

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