物体信息的传送与接收 光子 声子

邓文龙

吴中祥  科学网博客  博文

物体信息的传送与接收

已有 141 次阅读 2017-9-7 22:57 |个人分类:物理|系统分类:论文交流|关键词:物体信息的传送与接收 1.        物体信息只有通过大量光子或声子时空统计的光、声“量子”进行 物体除有其本身的运动而外，还有其信息的传送与接收。 物体信息，例如：图像、声音，甚至，一切振动、电磁运动，特性的传送与接收，都只有通过光量子或声量子，以及，光电、声电、光声，彼此转换，进行。 2.        相对论4维时空距离的时轴分量分别由光速或声速乘t时段表达 相对论4维时空距离的时轴分量，实际上，就是由光子在介质中，从距离矢量尾至首，经t时段，按光子在所在介质速率c传送的行程，所在介质光速c

   物体信息的传送与接收
1.   物体信息只有通过大量光子或声子时空统计的光、声“量子”进行
   物体除有其本身的运动而外，还有其信息的传送与接收。
   物体信息，例如：图像、声音，甚至，一切振动、电磁运动，特性的传送与接收，都只有通过光量子或声量子，以及，光电、声电、光声，彼此转换，进行。
2.   相对论4维时空距离的时轴分量分别由光速或声速乘t时段表达
  相对论4维时空距离的时轴分量，实际上，就是由光子在介质中，从距离矢量尾至首，经t时段，按光子在所在介质速率c传送的行程，所在介质光速c=c0n光，c0=真空中光速，n光=所在介质光折射率。
  其实这只是物体信息是由光量子传送与接收的情况。
对于声音和振动，就必须改变为由声量子传送与接收。

当时轴分量是由声量子在介质中传送的，则类似地，式中的光速c=c0n光，应相应地更改为声子在介质中传送的声速a=a0n声，a0=标准状态空气中声速，n声=所在介质声折射率。

但须注意：

光子可以在真空中传送；声子不能在真空中传送。

光、声的折射率都随介质的状态改变，只有均匀介（真空也算均匀介质）质中的光、声速度才是常量。

任何物体的速度都小于所在介质中的光速，真空中光速最快。

物体的速度可以超过标准状态空气中声速，而产生“激波”、“声障”、“热障”等。

3.   通常利用导线的通讯
通常的导线通讯是：发送端的声、光信号转换为电信号。

电信号的电动势使金属或半导体导线的导带中，邻近的电子或空穴，分别从低能态跃迁到在相应的高能态，经一定的弛豫时间，又跃迁回到低能态，而发出相应频率的光子，被与其邻近的电子或空穴吸收，而从低能态跃迁到在相应的高能态，从低能态跃迁到在相应的高能态，如此反复，使信号的电动势以经过一定的弛豫时间延缓的光速，并消耗一定的能量，相应增高导线热能，沿金属或半导体导线传送。弛豫时间延缓的光速决定导线的折射率，增高热能，决定导线的电阻率。

接收端将收到的电信号再转换为光、声信号，视、听。

4.   通常利用光纤的通讯
通常的光纤通讯是：电信号转换为光信号,或声信号只能经转换为电信号再转换为光信号，由相应的光信号，在光纤空管中，运行、传送。到接收处，直接由光信号或只能经转换电信号,再转换为声信号，显示、接收.

光纤空管中传送的光信号，的光速的延缓和能耗较小，优于导线，但是，光子在光纤里传播会有泄漏,一百公里之后大约只有１‰的信号可以到达最后的接收站，所以光纤量子通信达到百公里量级就很难再突破。

5.    利用光信号在大气和太空以光速传送

通常的无线电通讯是：电信号转换为光信号，以光速直接由大气传送到接收站，但是，环球南北、东西的传送，就只能经过大气层和地面的多次反射进行。也会有相应的光速的延缓和能耗。

   通过卫星的太空通讯是：利用光子能在太空运行的特性，环绕地球定点设置3个以上的卫星，就可以相互利用这些卫星的转发在地面上任意2点，利用光电转换，由大量光子时空统计形成的“光量子”，进行信号传送、通讯。

  声子不能在太空运行，由大量声子时空统计形成的“声量子”信号，就只能经由转换为电信号，再转换为光信号，传送与接收。声子虽然可以在大气中运行，但声速与光速相比小得太多，对于传送较远的声信号也只能转换为电信号再再转换为光信号传送与接收。

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邓文龙

物理学的历史负担

100．光子和声子

主题：
在高中物理教科书中介绍了光子的概念：光子是光在吸收或发射过程中所交换的一份
能量，或光子是组成光的粒子。相反，声子在大多数教科书中是没有被提到的。这就导致
这样一个事实，大学物理系的学生对光子有相当具体的概念，而对声子却一无所知。
缺点：
光子和声子之间具有丰富的类比关系。光和声的经典理论有许多共同点，正象在相应
的量子理论方面有很多相同的地方一样[1，2]。它们之间的类比关系表现在很多不同的地方。
其中一个例子是，用粒子传递热。在一种不会导电但会导热的材料中，传递热的粒子
是声子。（在导电材料中，电子起主要作用。）这个传热过程是扩散型的，即这种传热过程
是声子连续地产生和消灭的过程。这个过程很象太阳内部从反应层向外的热传递过程。这
里，传递热的粒子是光子，它稳定地发射和被吸收。
它们之间的类比还揭示了在热力学平衡中声子和光子系统的能量和温度的关系。在这
两个系统中，能量都随温度的 4 次方变化（对于光子来说，这就是我们所知道的斯忒藩-
玻耳兹曼定律）。
因此，这两种粒子有许多共同之处。在物理教学中我们没必要对它们采用不同的处理
方法。
历史：
声子是在对晶格振动的量子化处理中被引进物理学中的。相反，光子作为光的粒子已
是一个有百年历史的传统概念了。另外，单独一个光子很容易被检测到。检测 γ 射线和 X
射线的装置很早就有了。到了今天，可见光的光子也可以用一些不大贵的材料来加以检测。
人们把声子叫做“准粒子”。这是由于声子被认为是比光子更抽象的概念。所谓准粒子，
就是那些在它们的局域环境中才出现并表现出一些性质的粒子。实际上，对准粒子和所谓
的正常粒子加以区别的观点正在被抛弃。最近我们刚获悉，正常粒子是由于希格斯场（Higgs
field）才表现出它们的性质。
建议：
1．在引入声子时不要过于小心。要把它们当作正常的粒子来对待。学习声子的概念
物理学的历史负担
并不比学习光子的概念难。我们发现，在有些中学物理教科书中有介绍介子的内容。声子
当然比介子更接近人们的日常生活。那么，为什么我们不能介绍声子呢？
2．在引入光子时要谨慎一些。
3．在运用“准”、“虚”这些字时要更加小心。这些字对概念的解释起不了什么作用，
反而会使学生感到更难理解。
[1] Ashcroft, N. W., Mermin, N. D.: Solid State Physics, Holt, Rinehart and Winston, Inc.,
Oriando (1976), p. 453：“在电磁场的量子理论中，在空腔中的幅射场的简正模所允许的能
量值为（n+1/2）hω ，这里 ω 是波模的角频率。然而，在普遍的情况中，我们不把 n 说成
是波模的激发量子数，而说成是所给出的那种类型的光子数。同样，确切地说，我们不这
样说：波矢为 k 的支格波 s 在晶体中的简正模处于 nks激发态，而这样说：在晶体中有 nks
个波矢为 k 的声子。”
[2] Vogel, H.: Gerthsen-Kneser-Vogel, Physik, Springer-Verlag Berlin(1977), p. 598：“角频
率为 ω 的晶格振动可以象单独一个粒子的振动一样仅仅具有这样一些能量值，这些值的差
异都是hω 的整数倍。由于这个原因，例如，光波只能以这个值的某个整数倍与晶体点阵
进行能量交换。基于同电磁波同样的理由，我们可以来解释能量为hω 的声学量子（或叫
声子）的存在。”
Friedrich Herrmann, Karlsruhe Institute of Technology

http://www.physikdidaktik.uni-ka ... tons_phonons_cn.pdf



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