Friday, August 10, 2012

以說從有半徑→沒有半徑→有半徑. 到目前, 大致接受電子擁有固有空間範圍的說法. 下面, 我們提提三個階段的理論說法.

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電子半徑
2007/02/13 10:31:09瀏覽318|回應1|推薦3
小七: 前天我們小學同學會, 那個漂亮的女同學問我:「電子有沒有半徑? 哇, 那麼浪漫的場合, 卻談那麼嚴肅的事情, 這是身為科學家的宿命嗎?
硬板凳: 沒那麼悲哀吧, 你看爆炸頭的生活多愜意呀!
爆炸頭: 別拿我窮開心. 對了, 你怎麼回答那個女同學?

小七: 關於電子有沒有半徑?這個問題其實相當深奧, 在物理理論發展上, 屬於根本問題, 各個理論各有說詞. 我們從歷史發展來看, 可以說從有半徑沒有半徑有半徑. 到目前, 大致接受電子擁有固有空間範圍的說法. 下面, 我們提提三個階段的理論說法.



古典電子論(20世紀初)裡, 把電子視為球狀電荷分佈, 這是先驗假說. 計算電子的電磁質量時, 除去一個與電荷分佈有關的數量級為 1 的因數後, me約等於 e2/r0c2 也就是說 r0= e2/mec2 數值為 2.82*10-13cm, 稱為電子的古典半徑。

但是從量子論的德布洛依物質波(這是先驗假說)來看,電子的Compton波長λe=h/mec 數值為2.426*10-10cm,依測不準原理, 對電子空間定位的精度, 只能達到這個波長尺度. 把電子視為電荷分佈的古典做法, 只有在空間尺度大於這一數值量級的情形下才適用。 因此古典電子論所建立的電子結構, 經不起測不準原理的檢驗, 失去了理論基礎.



在量子場論的標準模型中, 是採用電子為點粒子的觀點(這是先驗假說). 也就是電子不具空間範圍,沒有長寬厚, 否則理論上很難處理. 由此建立起整個幾近完美的標準模型. 不過, 對於電子是點粒子或塊狀粒子, 在許多細節處, 避重就輕, 含混其詞. 比方說在古典電子論裡, 一直無法解決的電荷為何能聚集在電子上而不潰散? 標準模型是如此說, 電子是基本粒子, 擁有的電量是單位電量, 不可分解. 它就是一個整數包裹. 但在夸克出現1/3電量後, 這個單位電量不可分解說, 自行瓦解.

再來就是電子的自旋, 電子如果沒有半徑, 就沒有自旋.」 量子學家如此解釋: 這模型觀點是古典的, 是巨觀世界的. 在標準模型中, 自旋和電量一樣, 被視為電子的內稟性質. 霸道的說, 它就是這樣. 量子力學裡, 自旋是在微觀特殊意義下的旋轉運動, 巨觀的常識模型有很大差異. 至於測不準原理造成的影響, 只表示電子空間測量的精度. ΔX物質波長λe 並不足以宣稱是電子半徑. 因為,當電子加速時, 能量會增加, me會增加, 波長不斷縮小. 也就是說, 如果以λe電子半徑, 電子速度愈快, 質能愈大, 半徑就愈小. 速度趨近光速, 半徑是沒有最小極限.

但是對於點粒子而言,所發射虛光子的波長下限應當為0, 虛光子可以具有任意大的動量,這造成許多發散的困難, 困擾著物理學界幾十年...

點粒子說, 最大的困難在於與廣義相對論的衝突.



20世紀後葉提出超弦理論, 主張所有的粒子皆由微小弦振動產生(這是先驗假說). 弦的平均長度等於普郎克長度1.616*10-33cm, 電子弦也不例外. 當然這個數值比古典半徑小了20個量級.


爆炸頭: 看樣子, 這還真是你的宿命.
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半徑
2007/02/14 08:23
電子質量為0.000549amu,既然它佔有空間,那就一定有質量?如果用比較間單的解釋是這樣嗎?


「當電子速度愈快, 質能愈大, 半徑就愈小. 速度趨近光速, 半徑是沒有最小極限.」
不只電子,只要有東西的速度越快,半徑就會越小?



�X�B: 電子半徑 - scientifics 的網誌 - udn部落格 http://blog.udn.com/scientifics/743196#ixzz23C5z028I

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