光子是物質的最基本粒子″令人詫異卻合情合理!

2019-04-28     科學的奧秘

物理學界在探索物質的本元"基本粒子」的道路上從未停止過腳步。但至今為至,確切的經得起推敲的物質基本單元卻完全沒有被找到。就算是2013年歐洲核子中心發現的"希格斯玻色子″在粒子標準模型的推演中也矛盾重重。

理論上理解基本粒子首先應該是物質的最小單元且不可再分,也就是尺度是點狀,質量趨於零;再者應該含有最小單位的信息量,是信息的起點;最後應該具有最普適的物理特性,簡單且優美。

而我們生活中最普通最簡單的光子卻正好符合了以上所有條件。當然這個光子不僅僅是可見光,還包括電磁波的其它一切形式。

我們都知道光子的靜止質量為零(經典物理認為光子無靜止質量,現代物理實驗測出了光子的質量上限,可以被認為幾乎為零),"零″意味著沒有,符合了物質極限的概念。

香農資訊理論認為信息是所有物質體系的一種基本屬性,即物質組織化程度的度量。一個體系的信息所反映的是其可能的存在狀態的量值,對這個量值進行度量,以二進位數進行編碼,以比特(bit)為單位。一比特信息是兩個相等的可能性之間決定的所有信息量。一比特是信息含量的最小數值。

基本粒子所含的信息量應該是最低的,而光子的自旋為整數1,方向卻有正反兩種。因此單個光子的最少可能存在狀態是2¹個,信息量值就是1比特。所以光子從信息量的角度符合基本粒子的特徵。

而電子有兩種電荷兩種自旋,它的可能存在狀態是2²個,所以單個電子的信息量值是2比特。電子和反電子互相湮滅能生成一對光子,同樣一對高能光子相撞也能生成一個電子。另外原子的外層電子在獲得額外能量時也能釋放光子,同樣光子也可以被電子捕獲成為電子能量的一部分。就如同平常生活中光源在獲得電能或熱能的時候能發出光,而太陽光被我們的衣物吸收而感到溫暖。這充分說明了光子組成了電子,光子是電子的基礎單元。

同時也說明了沒有靜止質量的光子通過轉化生成了有靜止質量的電子,而這其中的變化無非就是電子增加了信息量從而獲得了靜質量(1比特到2比特)。這就證明信息量就是靜質量,物質就是通過光子的不同組合或最小信息單元的疊加而形成的。光子之間的相互作用形成各種粒子,各種粒子進而形成更高信息量的原子。原子的靜質量就是各粒子本身的位能和各粒子間互相作用的動能的總和。雖然我們不能觀測到原子內部單一的光子,但原子確是許多光子的組合。

這一點我們也可以從熵增原理進行反證。在一個孤立的沒有給定任何制約條件的物理體系里,隨著時間的推移,熵值會無限增大,也就是秩序會越來越混亂。

而信息量代表著秩序和規範。熵增的同義,就是信息的不斷丟失,靜質量的不斷減少。熵增的方向就是把所有物質分解為各種粒子,各種粒子進而分解成靜止質量為零且信息量最低的最基本粒子。這時最基本粒子的速率就達到了光速,而整個物理體系的最終信息量就為零,總靜質量也為零。

從相對論可知,一個靜質量不為零的物質是不可能加速到光速的,但我們認為它可以被分解成光速的光子。因而光子是靜質量為零,信息量為1比特的粒子,它就是物質最基本的粒子。也就是說速度極限的光子,也是信息最小的粒子,是基本粒子無限細分的極限。

光子具有量子性,電磁性。光速是我們宇宙的物理常量,這是光子的普適性。宇宙是由光子組成的,它的物理特性,物理常量深遠影響著宇宙的物理規律和物理常量。同樣,由光子組成的我們人類自己也被限定在了光子所有的物理特性內而不可超越。

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