5、光子与电子的比较

5、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 m 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 晶体中的自由光子 晶体中的光子

0

电子

波函数 平面波 布洛赫波 平面波（E分量布洛赫波

和H分量）

能量本征值 hk/(2m) 能带结构光子能量hω能带结构

0

22

E(k) =hkc/ε E(k)

nn

0.5

有效质量 m m* μ或ε（注1） μ或ε（注1）

速度 hk/m hk/m c/n 群速度

相互作用 库仑力 无（注2） 镜面库仑 无（注2）

0rrrr

0

*

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

2mc。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mc=0.51Mev,其实它仅为电子的引力能量转化为电磁能量，正负 electric

charge中和电磁质量空间量子形式消失，它们激发的electric field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π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π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。

0

0

2

2

-+