实物粒子和场是物质存在的两类不同的形态，一切微观粒子的粒子性特征表现为它们都具有能量、动量和质量． 由光子说和相对论可知，与电磁波密切联系着的光子没有静质量(m０＝０)，但具有能量E、动量p和动质量(相对论质量)m，即
E=hν=mc2， ① p=mc=E／c=h／λ， ② m=E／c2＝（ｈν）／ｃ2． ③
式中h为普朗克常量，ν和λ分别为对应的光波的频率和波长，c为真空中的光速．因光子的能量是量子化的(一份一份的)且每一份能量不能任意取值(由玻尔原子理论的跃迁假设决定)，故光子的质量、动量也是量子化的且不能任意取值
[FLASH]49 光速的测量
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請問波速為何會影響頻率- Yahoo!奇摩知識+
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实物粒子与光子的比较
学习了高中《物理》第二册(必修)第十九章光的本性后，学生初步认识到：物理学把物质分为两大类，一类是质子、中子、电子等，叫做实物(粒子)；另一类是电场、磁场等，统称场．光在本质上是一种电磁波(传播着的电磁场)，组成电磁场的基本成分是光子，光子具有波粒二象性．另一方面，根据德布罗意假设，任何一个实物粒子及由它们组成的物体，都对应着一种波，叫做物质波或德布罗意波，实物粒子也具有波粒二象性．学生对上述近代物理初步知识的学习兴趣很浓，但也普遍存在如下困惑：既然实物粒子和光子都具有波粒二象性，与它们联系着的物质波和光波又都是概率波，那么它们有何区别?实物粒子的运动速率v是否就是物质波的传播速度?公式v=λf是否适用于物质波?实物粒子与光子之间有何内在联系呢?虽然这些问题已经超出高中物理教学大纲的要求范围，但对教师来说在教学研究中回顾、关注并弄清这些问题，才能做到高屋建瓴、心中有数，对充分发挥教师在教学中的主导作用，针对学生存在的疑问给予简明扼要、恰到好处的点拨，还是非常必要的． 一、从粒子性方面比较
实物粒子和场是物质存在的两类不同的形态，一切微观粒子的粒子性特征表现为它们都具有能量、动量和质量． 由光子说和相对论可知，与电磁波密切联系着的光子没有静质量(m０＝０)，但具有能量E、动量p和动质量(相对论质量)m，即
E=hν=mc2， ① p=mc=E／c=h／λ， ② m=E／c2＝（ｈν）／ｃ2． ③
式中h为普朗克常量，ν和λ分别为对应的光波的频率和波长，c为真空中的光速．因光子的能量是量子化的(一份一份的)且每一份能量不能任意取值(由玻尔原子理论的跃迁假设决定)，故光子的质量、动量也是量子化的且不能任意取值． 实物粒子的静质量不为零，考虑到实物粒子的速度可能很大(接近光速)，根据相对论可知，其质量、能量和动量的表达式为
ｍ=ｍ0／
，
④
Ｅ＝ｍｃ2＝（ｍ0ｃ2）／
，
⑤
ｐ＝ｍｖ＝（ｍ0ｃ）／
．
⑥
从粒子性特征即粒子具有量子化的能量、动量、质量方面来看，光子和实物粒子是相同的，但它们又有根本的区别，主要表现在以下几个方面：
(1)实物粒子可以任意的速度在空间运动，其值与参考系的选择有关，具有相对性；而与电磁场相联系的光子，不论其频率ν多大，在真空中都以相同的速度c运动，且与参考系的选择无关(光速不变原理)．
(2)因为实物粒子的相对论质量、能量、动量都与速度有关，所以其值也是相对的，且可任意取值；与实物粒子不同，光子没有静质量(没有静止的光子)，光子的质量、动量、能量与参考系的选择无关，且不能任意取值．
(3)实物粒子占据的空间不能同时被另一个实物粒子所占据，但几个电磁场可以相互叠加而占据同一空间，所以与电磁场联系着的几个光子也可以占据同一空间．
实物粒子和光子虽然在上述几个方面有根本区别，但它们都是微观粒子，除了它们的物质性、量子性相同外，还有一点是相同的，即它们都不是经典物理意义下的粒子．量子力学告诉我们：要想同时精确测定微观粒子的位置x和动量p是不可能的．换言之，位置的不确定量Δｘ和动量的不确定量Δｐ的乘积不可能小于一个常量h／(4π），即 Δｘ·Δｐ≥h／(4π）．
这个关系式叫做不确定性关系式(海森堡测不准关系式)．
学习了高中《物理》第二册(必修)第十九章光的本性后，学生初步认识到：物理学把物质分为两大类，一类是质子、中子、电子等，叫做实物(粒子)；另一类是电场、磁场等，统称场．光在本质上是一种电磁波(传播着的电磁场)，组成电磁场的基本成分是光子，光子具有波粒二象性．另一方面，根据德布罗意假设，任何一个实物粒子及由它们组成的物体，都对应着一种波，叫做物质波或德布罗意波，实物粒子也具有波粒二象性．学生对上述近代物理初步知识的学习兴趣很浓，但也普遍存在如下困惑：既然实物粒子和光子都具有波粒二象性，与它们联系着的物质波和光波又都是概率波，那么它们有何区别?实物粒子的运动速率v是否就是物质波的传播速度?公式v=λf是否适用于物质波?实物粒子与光子之间有何内在联系呢?虽然这些问题已经超出高中物理教学大纲的要求范围，但对教师来说在教学研究中回顾、关注并弄清这些问题，才能做到高屋建瓴、心中有数，对充分发挥教师在教学中的主导作用，针对学生存在的疑问给予简明扼要、恰到好处的点拨，还是非常必要的． 一、从粒子性方面比较
实物粒子和场是物质存在的两类不同的形态，一切微观粒子的粒子性特征表现为它们都具有能量、动量和质量． 由光子说和相对论可知，与电磁波密切联系着的光子没有静质量(m０＝０)，但具有能量E、动量p和动质量(相对论质量)m，即
E=hν=mc2， ① p=mc=E／c=h／λ， ② m=E／c2＝（ｈν）／ｃ2． ③
式中h为普朗克常量，ν和λ分别为对应的光波的频率和波长，c为真空中的光速．因光子的能量是量子化的(一份一份的)且每一份能量不能任意取值(由玻尔原子理论的跃迁假设决定)，故光子的质量、动量也是量子化的且不能任意取值． 实物粒子的静质量不为零，考虑到实物粒子的速度可能很大(接近光速)，根据相对论可知，其质量、能量和动量的表达式为
ｍ=ｍ0／
，
④
Ｅ＝ｍｃ2＝（ｍ0ｃ2）／
，
⑤
ｐ＝ｍｖ＝（ｍ0ｃ）／
．
⑥
从粒子性特征即粒子具有量子化的能量、动量、质量方面来看，光子和实物粒子是相同的，但它们又有根本的区别，主要表现在以下几个方面：
(1)实物粒子可以任意的速度在空间运动，其值与参考系的选择有关，具有相对性；而与电磁场相联系的光子，不论其频率ν多大，在真空中都以相同的速度c运动，且与参考系的选择无关(光速不变原理)．
(2)因为实物粒子的相对论质量、能量、动量都与速度有关，所以其值也是相对的，且可任意取值；与实物粒子不同，光子没有静质量(没有静止的光子)，光子的质量、动量、能量与参考系的选择无关，且不能任意取值．
(3)实物粒子占据的空间不能同时被另一个实物粒子所占据，但几个电磁场可以相互叠加而占据同一空间，所以与电磁场联系着的几个光子也可以占据同一空间．
实物粒子和光子虽然在上述几个方面有根本区别，但它们都是微观粒子，除了它们的物质性、量子性相同外，还有一点是相同的，即它们都不是经典物理意义下的粒子．量子力学告诉我们：要想同时精确测定微观粒子的位置x和动量p是不可能的．换言之，位置的不确定量Δｘ和动量的不确定量Δｐ的乘积不可能小于一个常量h／(4π），即 Δｘ·Δｐ≥h／(4π）．
这个关系式叫做不确定性关系式(海森堡测不准关系式)．
三、实物粒子与光子的内在联系
由上述分析可以看出，实物粒子和光子既有区别又有联系，在一定条件下可以相互转化．近代实验表明，高能的电子和正电子对撞发生湮灭，产生一对光子，ｅ－＋ｅ＋→２γ．这一现象揭示了光子和电子之间存在着深刻的内在联系，这种联系无法用经典物理来解释．
按经典物理观点，湮灭前只存在正、负电子，没有光子，湮灭后正、负电子消失，产生光子．那么二者在反应过程中没有一个时刻是同时存在的，它们之间怎么实现相互作用呢?即按超距作用观点解释粒子间的相互作用存在一个表现矛盾． 量子场论认为［３］：湮灭前电子场处于激发态，表现为存在一个电子，电子场激发态的复共轭态表现为存在一个正电子，而与光子对应的电磁场处于基态，表现为没有光子．反应过程中，电子场与电磁场相互作用，电子场退激发到基态，把激发能传递过去引起电磁场的激发，表现为正、负电子湮灭而产生一对光子．量子场论以粒子所对应的场之间的相互作用来说明粒子之间的相互转化，上述表现矛盾不再存在．
由上述分析可以看出，实物粒子和光子既有区别又有联系，在一定条件下可以相互转化．近代实验表明，高能的电子和正电子对撞发生湮灭，产生一对光子，ｅ－＋ｅ＋→２γ．这一现象揭示了光子和电子之间存在着深刻的内在联系，这种联系无法用经典物理来解释．
按经典物理观点，湮灭前只存在正、负电子，没有光子，湮灭后正、负电子消失，产生光子．那么二者在反应过程中没有一个时刻是同时存在的，它们之间怎么实现相互作用呢?即按超距作用观点解释粒子间的相互作用存在一个表现矛盾． 量子场论认为［３］：湮灭前电子场处于激发态，表现为存在一个电子，电子场激发态的复共轭态表现为存在一个正电子，而与光子对应的电磁场处于基态，表现为没有光子．反应过程中，电子场与电磁场相互作用，电子场退激发到基态，把激发能传递过去引起电磁场的激发，表现为正、负电子湮灭而产生一对光子．量子场论以粒子所对应的场之间的相互作用来说明粒子之间的相互转化，上述表现矛盾不再存在．
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