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從量子力學的角度來看,顏色悖論是什麽?

2024-08-14科學

大多數讀者可能對從物理角度來看顏色實際上是什麽有一個基本的了解的—— 顏色是反射光 。除非光線照射到某物上,否則我們看不到顏色; 光照射到物體上,被反射,最終我們可以感知物體的顏色。 當光穿過一個物體時,該物體是透明的,也就是說,該物體沒有像窗玻璃那樣的顏色。

薛丁格的貓看不同的顏色

為什麽理解顏色是反射光如此重要?

這個事實證明光只有照射到物體上才能被看到。 從本質上講,我們所感知的「光」實際上是大氣中的一種擾動,是一種由反應產生的波,就像聲音一樣 如果沒有大氣層,那麽就沒有我們感知到的「光」。當沒有與光相對的物體時,只要它還存在,就看不見光 。例如,這種情況發生在外太空。你還記得那些著名的照片(以及同樣著名的問題),太空人似乎在太空中,一切都應該是「明亮的」,但周圍卻一片漆黑?

周圍只有黑暗和光源,但沒有反光板

此外, 只有當物體能夠「抵抗」光線時,顏色才會存在 。於是太空人進入外太空,立即開始反射和吸收光線。光線與物質相遇,標準過程開始,然後顏色就出現了。還有這麽一個說法——深海或洞穴居住的海洋生物,身體透明,由於棲息地沒有光源,失去了反射和吸收光線的能力,因此變得透明。

而這裏的基本事實是 交互作用的結果 。事實上,我們正在慢慢接近這一點。在古典意義上,色彩來自於光的反射,一切都被繪制得美麗而整齊。

經典物理學和同樣經典的畫面

從量子物理學的角度來看,事情進展如何?理論上,如果我們將顏色視為交互作用的結果,那麽觀察者效應就會充分發揮出來。

量子力學 仍然使用頻率、波長和能量的基本概念,但在我看來,它沒有正確使用「量子」這個非常有趣的概念,「量子」可以解釋為能量在兩個高態和低態之間的變化/水平。

光子動量

順便說一句,光子的動量只包含一個變量——頻率,因此我們無法確定光子的動量守恒。 我們至少需要第二個變量,當光子與某物碰撞時,我們不能指望該光子不會發生任何事情,必須發生某些變化並且光子必須失去某些東西

這是由於我們上面討論的。上式中使用的光的頻率僅在光與某物碰撞或交互作用時才存在或出現,而不是之前。因此,傳統的動量公式似乎並不完整。

那麽,我們來總結一下。光是能量的流動。在大多數情況下,它由波長和頻率來表征。顏色也取決於此。但顏色只能被視為反射的結果,這意味著交互作用。例如,如果我們建立綠光並依賴於原始波(對應於綠色)的參數,那麽它仍然必須與某些東西交互作用,我們將考慮反射光束。這條射線可能對應於我們對特定顏色的想法,但實際上沒有關於整個物理過程的資訊。因此,轉向量子理論,值得更深入地考慮一切。

事實證明, 從量子力學的角度來看, 值得將顏色視為更復雜的東西。這種方法將使擴充套件光與特定物體交互作用機制的描述成為可能。事實上,我們還沒有從量子本質的角度對顏色的形成有完整的描述。這裏可能會出現許多有趣的點。