物理學科上的 18個未解之艱難題目

2023-04-19 | 來源: 煎蛋網 | 轉到微信 | 有0人參與評論 | 字體: 放大縮小 | 收藏 | 打印

然而，量子力學的某些版本要求所有粒子都具有一定量的輕微質量，以保證因果性和能量守恒等概念。事實上，某些理論如矢量-張量理論和Kaluza-Klein理論預測，光子的質量最高可達10eV/c2，小得難以置信，但仍然非零。目前的實驗限制光子的質量上限約為10eV/c²，所以還無法完全排除這些理論。

如果確實發現光子有非零質量，那麼相對論和量子力學之間的矛盾將變得更加尖銳，需要一個更高層次的理論來協調二者。發現光子的非零質量將是一項重大發現，必將導致物理學的重大轉變。然而，許多物理學家認為，尋找如此之小的質量可能是徒勞的，相對論的初始假設，光速是最大速度，光子沒有靜止質量，可能依然正確。

18、黑體輻射的具體機制是什麼？

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黑體是完美的輻射物體：它吸收落入其上的所有電磁輻射，內部將其轉化為熱能。根據普朗克公式，黑體會以光譜連續方式再發出這些能量。這個過程被稱為黑體輻射，其光譜遵循普朗克曲線。

問題是，黑體輻射的具體機制尚不清楚。為何會有這樣的光譜？為何曲線的形狀是給出的形式？普朗克在1901年提出了著名的普朗克公式來描述這一現象，但他自己也不清楚其物理機制。“在當時，有許多理論家努力理解電磁輻射的本性，”麥克尼斯說。“普朗克設法找到一種數學關系來匹配實驗數據，但他並不知道其物理意義。”

事實上，直到1926年，齊奧多爾·希爾伯特提出波-粒二相性之前，人們才開始理解普朗克公式背後的物理機制。希爾伯特認為，電磁場由離散的量子組成，每一個量子的能量取決於其頻率。這一概念隨後被稱為“光子”。普朗克公式描述了黑體內部光子所具有的可能的各種能量。該理論獲得廣泛接受，但仍未完全解決這個難題。“我們現在有了更好的理解，”麥克尼斯說，“但黑體輻射的某些方面仍存在爭議。”例如，“我們無法從第一原理得到普朗克公式中的精確常數。”理解黑體輻射及其各種參數的最深層物理機制依然是理論物理學的重要課題。