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百亿亿年光子寿命或早于宇宙“大爆炸”

导读: 爱因斯坦提出的光电效应将光量子化,金属在吸收光子后释放出电子,我们可以根据方程式计算出光量子的能量。

  爱因斯坦提出的光电效应将光量子化,金属在吸收光子后释放出电子,我们可以根据方程式计算出光量子的能量。光子是一种基本粒子,质量被认为是0,光子的诸多特性已经被物理学家们发现,比如较为着名的光子具有波粒二象性,光子不仅能表现出“光量子”的行为,也有干涉、折射等波的性质。然而,光子是否具有寿命呢?来自德国的物理学家发现光子在其参照系中的寿命为三年,但是如果在我们的参照系中,光子的寿命就会大大增加,达到10的18次方年。

  有研究认为光子有一个确定的寿命期,事实上天文学家在观测遥远天体时都是接收到数十亿年前遥远天体发出的光子,但是根据一些理论研究发现,光子可以存在一个非零的静止质量,尽管这个质量非常小。研究人员通过一些电场和磁场的实验发现该质量上限为10 的负18次方电子伏特,光子可以衰变成其他较轻的基本粒子,比如中微子和反中微子,甚至是一些目前未知的粒子,它们可能超出粒子物理学上的标准模型。

  位于德国海德堡的普朗克核物理研究所科学家朱利安·赫克认为我们可以通过宇宙学上的观测来发现光子衰变的迹象,宇宙微波背景辐射(CMB)是宇宙年轻时留下的信息,大爆炸仅发生了38万年,在此之前,宇宙中的物质与辐射有内在的联系,随着宇宙经历了暴涨时期,炙热的等离子体和轻原子核开始冷却下来,使得中性原子得以形成,光子开始在宇宙空间中“旅行”。随着时间的推移和宇宙膨胀,其波长逐渐被拉长,根据宙背景探测卫星(COBE)、WMAP探测器以及普朗克空间望远镜的探测结果,CMB频谱是对黑体光谱性质的最精确测量。

  朱利安·赫克发现CMB是一个几乎完美的黑体,结合质量与宇宙微波背景辐射的限制条件,可以得出光子在其自身的静止参照系中寿命为三年,但是这些微小质量的光子在时空中以近光速运行时,其寿命可达到10的18次方年。

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