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解密暗物质共有400集,此为第208集。
1923年,美国物理学家康普顿在研究X射线通过实物物质发生散射的实验时,发现散射光中除了有原波长λ0的X光外,还产生了波长λ>λ0的X光,其波长的增量随散射角的不同而变化。这种现象称为康普顿效应。用经典电磁理论来解释康普顿效应时遇到了困难,康普顿借助于爱因斯坦的光子理论进行解释。
X射线通过场态粒子的振荡传递,场态粒子的振荡和物质微粒相互作用时,可能使得场态粒子的振荡向任何方向传播,形成光的散射。场态粒子和电子、质子这样的实物粒子一样,不仅具有能量,也具有动量。短波长电磁辐射射入物质而被散射后,在散射波中,除了原波长的波以外,还出现波长增大的波,散射物的原子序数愈大,散射波中波长增大部分的强度和原波长部分的强度之比就愈小。场态粒子的振荡的能量一部分被电子吸收,因此,能量损失,波长变长。
康普顿实验结果实质与光量子及静电子自身的振动周期有关。出射光的振动周期由入射光与静电子能量振动周期及出射角决定,反映了出射光的周期以入射光的周期为基础,叠加入射光与电子交互作用的周期。交互作用的时间越长,反映了每一份入射光量子在电子中滞留的时间越长,被电子吸收的能量越多,出射的能量越少,出射光的波长越长。由于出射光能量由入射光和静电子能量振动周期及出射角决定,电子增加的能量也就确定了,进而结合动量守恒及能量守恒,质速关系便确定了。
康普顿效应充分说明质速关系的是一个复杂的量子相互作用的结果,是实验室中场态粒子与粒子在动量守恒、能量守恒及光电效应量子化规律三个条件共同制约下的必然结果,而不是相对论时空关系。物理实验是个具体而复杂的变化过程,显然相对论并无法如量子力学那样来具体描述这样的实验,无法具体诠释质速关系中各质量、动量、能量等具体变化。
总之,康普顿效应证明了光子具有粒子性。光是场态粒子相互诱导振荡传递的电磁波,微观层面上必然具有粒子性。场态粒子与显态粒子作用时,可以使得光向任何方向传播。这与场态粒子间的相互作用完全不同,均匀场态粒子只能传递而无法弯折或反射电磁波。场态粒子与显态粒子相互诱导振荡时,存在着电势能-电磁能-电势能-电磁能的系列转化过程,这里不仅能量守恒,而且动量也守恒。短波长电磁辐射进入物质而被散射后,在散射波中,除了原波长的波以外,还出现波长增大的波。
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