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从量子力学的角度来看,颜色悖论是什么?

2024-08-14科学

大多数读者可能对从物理角度来看颜色实际上是什么有一个基本的了解的—— 颜色是反射光 。除非光线照射到某物上,否则我们看不到颜色; 光照射到物体上,被反射,最终我们可以感知物体的颜色。 当光穿过一个物体时,该物体是透明的,也就是说,该物体没有像窗玻璃那样的颜色。

薛定谔的猫看不同的颜色

为什么理解颜色是反射光如此重要?

这个事实证明光只有照射到物体上才能被看到。 从本质上讲,我们所感知的「光」实际上是大气中的一种扰动,是一种由反应产生的波,就像声音一样 如果没有大气层,那么就没有我们感知到的「光」。当没有与光相对的物体时,只要它还存在,就看不见光 。例如,这种情况发生在外太空。你还记得那些著名的照片(以及同样著名的问题),宇航员似乎在太空中,一切都应该是「明亮的」,但周围却一片漆黑?

周围只有黑暗和光源,但没有反光板

此外, 只有当物体能够「抵抗」光线时,颜色才会存在 。于是宇航员进入外太空,立即开始反射和吸收光线。光线与物质相遇,标准过程开始,然后颜色就出现了。还有这么一个说法——深海或洞穴居住的海洋生物,身体透明,由于栖息地没有光源,失去了反射和吸收光线的能力,因此变得透明。

而这里的基本事实是 相互作用的结果 。事实上,我们正在慢慢接近这一点。在古典意义上,色彩来自于光的反射,一切都被绘制得美丽而整齐。

经典物理学和同样经典的画面

从量子物理学的角度来看,事情进展如何?理论上,如果我们将颜色视为相互作用的结果,那么观察者效应就会充分发挥出来。

量子力学 仍然使用频率、波长和能量的基本概念,但在我看来,它没有正确使用「量子」这个非常有趣的概念,「量子」可以解释为能量在两个高态和低态之间的变化/水平。

光子动量

顺便说一句,光子的动量只包含一个变量——频率,因此我们无法确定光子的动量守恒。 我们至少需要第二个变量,当光子与某物碰撞时,我们不能指望该光子不会发生任何事情,必须发生某些变化并且光子必须失去某些东西

这是由于我们上面讨论的。上式中使用的光的频率仅在光与某物碰撞或相互作用时才存在或出现,而不是之前。因此,传统的动量公式似乎并不完整。

那么,我们来总结一下。光是能量的流动。在大多数情况下,它由波长和频率来表征。颜色也取决于此。但颜色只能被视为反射的结果,这意味着相互作用。例如,如果我们创建绿光并依赖于原始波(对应于绿色)的参数,那么它仍然必须与某些东西相互作用,我们将考虑反射光束。这条射线可能对应于我们对特定颜色的想法,但实际上没有关于整个物理过程的信息。因此,转向量子理论,值得更深入地考虑一切。

事实证明, 从量子力学的角度来看, 值得将颜色视为更复杂的东西。这种方法将使扩展光与特定物体相互作用机制的描述成为可能。事实上,我们还没有从量子本质的角度对颜色的形成有完整的描述。这里可能会出现许多有趣的点。