科學人雜誌
形上集

什麼是虛光子?

2014-10-01 高涌泉
虛光子即是永遠隨附在電荷旁邊、不能脫離電荷的電磁場。
虛光子這個科學名詞是英文virtual photon的翻譯,經常出現在對於電磁交互作用的討論中,例如科普文章有時用「兩個電子可以藉由交換虛光子而相互施加電磁力」這樣的句子,搭配上如圖一的費曼圖,來解說電子間的電磁交互作用。這種生動的描述固然會讓一般人留下深刻的印象,但是對於學過一點電磁學的高中生來說,卻不令人滿意,因為這個圖像究竟如何跟課本所說的聯繫起來,科普文章經常沒有進一步說明。所以虛光子到底是什麼,不少高中生都很好奇。要說明虛光子當然得從(實)光子講起。我在上一期「形上集」說過,在中學生都很熟悉的庫侖電場之外,一個加(減)速的電子會產生輻射電磁場,這種電磁場的型態和庫侖場有很大差異:首先,電子產生的庫侖場一定是朝向電子(即是所謂的縱向或軸向向量),但是輻射電磁場有著與縱向相垂直的橫向分量;其次,空間中某處庫侖場之強度和離開電子的距離平方成反比,但是輻射電磁場的強度在離電子很遠之處,卻僅是和距離成反比而已。圖二顯示電子產生的球形振盪輻射場在無窮遠之處,會成為平面波,這就是電磁波,其電場與磁場的振盪方向都垂直於前進方向。平常我們說電磁波有橫向偏振,就是這個意思。總之,一個隨意運動的電...

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# 關鍵字:形上集物理虛光子電磁費曼圖
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