加载中…
个人资料
田園
田園
  • 博客等级:
  • 博客积分:0
  • 博客访问:20,880
  • 关注人气:67
  • 获赠金笔:0支
  • 赠出金笔:0支
  • 荣誉徽章:
相关博文
推荐博文
谁看过这篇博文
加载中…
正文 字体大小:

準粒子(quasiparticle)

(2017-11-08 10:01:09)

  準粒子(quasiparticle 寫於 201691

 

大半輩子在搞半導體物理,但是對「准粒子」還是難以下定義。「實粒子丶准粒子丶虛粒子」。科學總是遠遠地落後於技術。虛光子與實光子是同一種光子嗎?量子埸論中傳遞電磁相互作用的是虛光子,究竟有什麼根據說它是光子,一筆糊塗賬。半導體中的電子與空穴,與聲子丶激子丶極化子丶庫珀對,都是准粒子,不是實粒子。半導體中的電子與空穴也都有半整數的自旋,但是它們有動量嗎?它們所攜帶的能量,與動量或質量有關聯嗎?好像從來沒有被證實過。認為「空穴」也擁有質量是難以想像的,所以「電子-空穴」對中的這種准粒子性質的電子,與實粒子的電子,我認為不是同一件事。「電子-空穴」是攜帶能量的,但它們的能量可能只來自於電勢,而與動量無關。

 

這裡要討論一下位能(勢能)的作用。量子力學建立過程中先有薛定鍔方程,後有狄拉克方程。薛定鍔方程中是有勢能項的,狄拉克方程是沒有勢能項的。這個奇妙的差別沒有引起物理學家的注意或質疑。一般也就認為薛方程引人勢能項是因為它照搬經典的「能量-動量」關係,所以必須另外加入經典勢能,而狄方程是相對論性的,在相對論性的「能量-動量」關係中的這個能量是全方位的,已經包括了勢能,因此狄方程不需要再多一項薛方程裡的那種勢能項。就這樣打馬眼被接受了。但是我認為,這裡是有問題,是大有文章可做的。這也是為什麼在實際的量子力學的實測與計算中大家真正去用的都是那個非相對論性的薛方程的原因。

 

現在已有物理學家提出一個問題:凝聚態物質中的准粒子,是否也具有「波粒兩像性」?它的能量是否是量子化的?這直接牽涉到在固態器件(半導體與集成電路)中是否存在准粒子的糾纏態這類的問題。但仔細思考,它與上一則的命題有深刻的關聯。

 

准粒子依賴於凝聚態物質(所謂凝聚態,簡單地說,一切液體固體金屬絕緣體半導體都是。)例如聲子離不開晶格,電子與空穴離不開半導體的滿帶(價帶),極化子被認為是電子與畸變的晶格一起運動,所以也離不開晶格。因此我們不可能單獨地「捕捉到」它們。它們倒底是水中的魚呢,還是僅是水中的漩渦,我們並不知道。而且「水中的魚」與「水中的漩渦」也只是我們的經驗,而這些激子可能完全不能以此做比擬,我們的一切想像均是徒勞。這就是費曼稱的科學的「不確定性」。

 

其實再想想,強相互作用領域被歸類為「實粒子」的夸克,與凝聚態物質中的准粒子有什麼不同。我們能捕捉到單獨的夸克嗎,也不能啊。但恁什麼夸克是實粒子而准粒子不是?

 

凡「虛粒子」這類物理名詞都是西方人的發明,然後東方中國的跟屁蟲再找一個中文字按上去,但如果不讀英文原文就會轉義(其實讀佛經也有同樣的問題)。中文的「虛」在英文中可以是Imaging,也可以是Virtual,倒底虛粒子是指Imaging Particle,還是Virtual Particle?兩者意義是完全不同的。而西方物理學家取名虛粒子是用的Virtual Particle而不是Imaging Particle。可見這虛粒子並不是鏡中花水中月那樣完全是虛幻的,它是實在存在,不過物理上有點捉摸不透,而邏輯上它是合理的必要的,所以它是一種存在於邏輯中(而不是虛幻中)的粒子。

 

所以實粒子是銀行丶准粒子是信用社丶虛粒子是地下錢莊。物理學𥚃面也是三級所有制。你能說地下錢莊不存在麼,它確實存在,但你若要把它找出來,除非派警察去做臥底。所以物理學家要把虛粒子真正捕捉到,恐怕永遠都不可能,因為我們沒有辦法去按排一個微觀的臥底。這又是回到了費曼說的「科學的不確定性」,我們只能從邏輯上去認識它,而並不能知道它的實相。

0

阅读 评论 收藏 转载 喜欢 打印举报/Report
  • 评论加载中,请稍候...
发评论

    发评论

    以上网友发言只代表其个人观点,不代表新浪网的观点或立场。

      

    新浪BLOG意见反馈留言板 电话:4000520066 提示音后按1键(按当地市话标准计费) 欢迎批评指正

    新浪简介 | About Sina | 广告服务 | 联系我们 | 招聘信息 | 网站律师 | SINA English | 会员注册 | 产品答疑

    新浪公司 版权所有