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光子与电子的特性比较
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光子与电子的特性比较
属性 | 电子 | 光子 | ||||
宇称 | 费米子 | 玻色子 | ||||
自旋 | 1/2 | 1 | ||||
静止质量 | m0 | 0 | ||||
电量 | e | 0（注3） | ||||
速度 | ＜c/n | c/n | ||||
泡利不相容原理 | 服从 | 不服从 | ||||
波函数 | 标量波 | 向量波 | ||||
色散函数 | 抛物线性 | 线性 | ||||
描述方程 | 薛定谔方程 | 麦克斯韦方程 | ||||
敏感系数 | 电势场大小 | 介电常数（ε）和磁导率（μ） | ||||
自由电子 | 晶体中的电子 | 自由光子 | 晶体中的光子 | |||
波函数 | 平面波 | 布洛赫波 | 平面波（E分量和H分量） | 布洛赫波 | ||
能量本征值 | h2k2/(2m0) | 能带结构En(k) | 光子能量hω=hkc/ε0.5 | 能带结构En(k) | ||
有效质量 | m0 | m* | μr或εr（注1） | μr或εr（注1） | ||
速度 | hk/m0 | hk/m* | c/n | 群速度 | ||
相互作用 | 库仑力 | 镜面库仑 | 无（注2） | 无（注2） | ||
特征电子光子
静止质量(m)m00
运动质量(m)mehν/c2
传播特性不能在自由空间传播能在自由空间传播
传播速度小于光速(c)等于光速(c)
时间特性具时间不可逆性具一定的类时间可逆性
空间特性高度的空间局域不具空间局域性
粒子特性费米子(费米统计)玻色子(玻色统计)
电荷-e0
自旋l(h)/2l(h)
注1：根据上面的观点，有效引力质量为0，存在有效电磁质量；
注2：根据上面的观点，存在库仑力，但是非常小.
注3：根据上面的观点，电量不等于0，但是非常小.
在各种粒子的相互作用中，动量守恒定律依然成立，Compton效应与此理论并不矛盾.在光电效应中由于电子的电磁质量具有量子性，所以只有吸收一定频率的光子电子才能逸出.若频率小于该频率，也不能吸收多个光子使电子逸出，因为电子吸收一个光子后电磁能不在其量子态，这一现象用现代物理学理论无法解释.电子吸收光子后电磁质量增加，能级增大.如果频率进一步增大，多余的电磁能将转化为引力能，使电子具有一定的动能.
光子与电子的一个重要区别：光子的数目在传播中不守恒.在吸收介质中光子的数目会减少，而在增益介质（反转介质）中则增加.如果囚禁在反转介质中的光子获得的增益大雨损耗，就可能产生激光.
e-+e+→γ+γ，偶尔也会转化为三个光子，一对几乎静止的正负电子，其总能量为2mc2.由于动量守恒的要求，两个光子必定以相同的能量朝相反的方向辐射出来.因此每个光子的能量为mc2=0.51Mev，其实它仅为电子的引力能量转化为电磁能量，正负electriccharge中和电磁质量空间量子形式消失，它们激发的electricfield的空间结构相互抵消.根据bootstrap关系，所有的基本粒子都是至少由两个基本粒子复合而成的，而且它们之间的关系是可逆的，其中没有哪一种粒子比其他粒子更优越.就是说，任何一种基本粒子都能够充当构成多种其他基本粒子的要素.当π0介子衰变为两个光子时，由于光子的引力静止质量为0，因此π0介子内部蕴藏的全部引力能量被释放出来而转变为光子的电磁质量的空间量子形式.在适当条件下，它们还可以从激发space-time中获得，例如正负电子对的产生.Newton讲：“物体变为光和光变为物体是符合自然进程的，自然界似乎以转化为乐”.
光电效应说明引力质量和电磁质量可以互相转化，在转化过程中能量不变，满足能量守恒定律.正如钱学森所言，“光子学是一门和电子学平行的科学，而不是在电子学之内的科学”.
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