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怎樣理解光子中微子伽馬射線X射線電磁波引力波這些不是一碼事


創想常識有人問了一個這樣的問題:請問引力波、電磁波、光子、射線、伽馬射線和中微子在本質上相同嗎?說實話,這個問題本身就說得有點亂。這個問題混...

- 2019年5月11日11時59分
- 科學文摘 / 創想常識

創想常識

有人問了一個這樣的問題:請問引力波、電磁波、光子、x射線、伽馬射線和中微子在本質上相同嗎?

說實話,這個問題本身就說得有點亂。這個問題混淆了物質本身以及物質運動引起的現象這兩類不同性質的問題。


光子、中微子是基本粒子,屬於物質範疇;而引力波和電磁波是物質運動引發的現象。而x射線、伽馬射線屬於電磁波的某些頻段輻射。

電磁波是我們宇宙最廣泛存在的一種輻射波,是以波動的形式傳播的電磁場,具有波粒二象性。頻率是電磁波的重要特性,按照頻率順序把這些電磁波排列起來就是電磁波譜。而題目所說的x射線、伽馬射線只是電磁波譜中的一小段。此外,無線電波、微波、紅外線、紫外線都是電磁波譜中不同頻率的幅射波。以上這些頻率的電磁波不被人的眼睛所見。我們能夠看見的可見光也是電磁波中的一段,波長在380~780nm。

光子則是電磁波的載體,電磁輻射是靠光子來傳播的。所以x射線、伽馬射線、光子、電磁波這一堆名詞都是一個圈子裡的東西。

引力波和電磁波有一定的共性,但更多的是性質不同的兩種存在。

從共性來說,它們都是以「波」的形式傳遞,都有頻率,傳播速度都是光速,它們都是長程力,理論上影響無限遠。

它們的重要區別在於:


首先,它們是性質完全不同的兩種「波」。我們已知宇宙存在四種基本作用力,即萬有引力、電磁力、強力、弱力。引力波從屬於萬有引力,電磁波從屬於電磁力。

其次,它們發生的源頭不同。電磁作用歸根到底是電荷引起的,電磁波起源於偶極輻射;引力是由質量引起,是質量對時空曲率的擾動形成的輻射波,起源於四極子輻射。

再次,它們傳播的媒介不一樣。電磁波傳播媒介是光子,具有波粒二象性;引力波是對時空的擾動,是時空本身的摺疊和波動,表現為時空漣漪。有人認為引力波傳播媒介為「引力子」,但尚無定論,因此是否具有波粒二象性也尚無定論。

還有電磁波影響力相對來說比引力波影響要大要明顯很多,我們生活中和宇宙探測中,電磁波到處都存在,並且被廣泛探測到;而引力波則主要在天體運行中出現,很難探測到,影響力很微弱。

2016年人類首次探測到的引力波力度,只移動了LIGO探測器4公里長臂1個質子直徑的萬分之一尺度,這也是愛因斯坦提出引力波預言後,科學家們苦苦尋找了100年才得到驗證的原因。

另外在傳遞或者發射過程中,電磁波能與物質相互作用,被反射或吸收。但引力波與物質相互作用非常微弱,會引起與潮汐力類似的伸縮作用,但在物質中通過時的吸收率極低。

這一點非常重要,基於此,引力波能夠穿透電磁波不能穿透的地方,這種時空漣漪能夠帶給人類許多過去無法了解的信息。比如宇宙大爆炸初期那不透明黑暗的30萬年到底發生了什麼,黑洞和一些奇異天體裡面到底在發生什麼故事,暗物質暗能量的秘密等等。


因此,引力波的發現為人類進一步揭開宇宙奧秘具有里程碑式的意義。

至於中微子,這是近年來發現的一種基本粒子,是輕子的一種,常用符號為v。

這種基本粒子個頭很小,質量極小,到底有多小尚無定論。中微子幾乎不與物質發生相互作用,因此可以輕易穿越一切物質,包括自由穿越地球。

中微子是粒子間各種弱相互作用產生出來的,從太陽流出的中微子不計其數,我們人體每秒鐘會有1000萬億個來自太陽的中微子穿堂而過,不管日夜都如此,不過我們沒有感覺。

中微子的運動速度相當光速,但到底是光速還是接近光速尚無最後定論。

中微子與前面所說的電磁波和引力波相比,是兩種不同的事物,無可比性。一個是物質,一個是物質運動的結果(現象),因此本問題把這些攪在一起,不倫不類。


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