光子與自由電子碰撞，若自由電子只吸收而不發射光子，將不能同時滿足能量守恆和動量守恆的條件，而光電效應中的電子束縛於金屬，它們與光子相互作用時將動量傳遞給整個金屬，後者質量可視為無窮大，其反衝可忽略不計，無需考慮動量守恆條件。

光是物質。

光是一種粒子，但非實物粒子。光子的靜止質量為零，但靜止的光子其實只是一種理想的概念，因為只要有光，就會有具有一定能量的光子。

光子在運動中具有動量，與實物粒子碰撞遵循動量守恆定律，會在物體表面產生光壓。因此，光是一種特殊的物質形態。

另外，物質存在的空間形式有2種：一種是實體性物質（氣、液、固態物體乃至社會組織），另一種是能量性場物質（電場、磁場、引力場、電磁場等）。實體性物質佔有排他性空間，而能量性場物質可以共享空間但同樣具有方向性等空間屬性。

有一句話是這麼說的：空間是物質存在的容器，時間是能量存在的軌跡。

光子和自由電子碰撞會發生康普頓散射

和核外電子碰撞若頻率適合會發生受激吸收

電子和光子的概念我想提問的人應該清楚，我不多做解釋，對撞會發生什麼？那我們應該確定兩者能否對撞？對於我們認知來說，對撞是兩個擁有動量的客體在空間中軌跡有交叉點才能發生的現象，電子是擁有動量的客觀實體，光子也是擁有動量的，並且由於定義光子靜止質量嚴格為零，所以擁有動量的光子具有質量。

我需要補充我的觀點（我們先做一假設假設光子就是速度大於電子的或正或負電子並地球是是個巨大的正負電子容）我們以太陽光和地球為實驗現象，因此這個實驗完全符合真實世界的標準，我們來對實驗現象來做分析@眾所周知

二太陽光能是物質的狀態發生變化

三太陽光能使物質發生化學反應

…

一說明了光子和物質發生了作用並被吸收和反射，光子來源於太陽，太陽屬於物質，因此光子屬於物質，物質據我們現在的認知是由原子核和核外電子組成，原子核能輻射光子，也就說明光子能以某種狀態或形式成為原子核一部分，假定光子就是正負電子，那麼當太陽光照射地球時就會出現反射和吸收現象

二說明光子使得原子間分子間分子與原子間密度發生了改變，假定光子是正負電子當物質獲得電子就不再需要工價電了，因此使得物質狀態發生改變。

三說明光子參與了化學反應，化學反應是得失電子的現象，本質上將只有得失電子才能發生化學反應，假定光子是正負電子，那麼假設成立

基於以上事實光子和電子對撞首先

能夠發生，因為假設為±電子成立。電子與電子對撞在空間中如果兩者在同一直線方向相反對撞時由於光子動能大於電子（情況一正負兩者都被加速在對撞一瞬間泯滅產生兩光子『由於我個人認為實則為兩者動量被平均了』）（情況二同電荷減速對撞一瞬間動量被平分光子降為正負電子）

簡單來說有兩種情況，

如果電子被鬆散地束縛（準自由電子），則將導致康普頓散射，導致光子能量的降低（波長增加）。光子撞擊電子並提供一些能量，並以更大的波長朝著不同的方向行進。電子將獲得動能並向其他方向移動，這有點像桌球相撞的情況。

如果電子束縛在原子核外的軌道中，則可能發生光電效應或者光熱效應。如果光子的能量足夠大，可以從原子中把電子“踢”出去，那麼就構成了光電效應。如果能量不夠大，但電子被擾動了下，那麼久可能造成光熱效應；如果光子能量太小，電子根本不咬它，則光子將不受影響地透過。

原子核外的電子軌道

不同的原子其中電子的軌道是不同的。例如，氫原子只有一個電子，但具有多個電子軌道，不同的軌道代表著氫原子那個唯一的電子的不同能態（或者能級）——3個激發態和1個基態。

這三個激發態是氫原子的穩定能級。

基態是沒有能量激發時電子最有可能出現的軌道。

請記住，基態也是電子穩定的能級。下圖可以讓您更好地瞭解這些能級：

上圖：原子能級。

通常情況下，說光子撞擊電子是不確切的，應該說光子會被電子吸收。但子康普頓散射的情況下，光子和電子之間表現得更像是“撞擊”。

光子和電子相遇發生的事情

簡單地說，光子是與其輻射頻率成比例的能量包。實際上光子的本質就是能量激起的一種波。

當光子和電子相遇時，能量將在光子和電子之間轉移，其能量轉給了電子，使得電子變得被“激發”，電子因此具有了從基態向更高能級移動的能量。

電子在當前軌道出現的機率隨之突然變得很小，而在更高能級的某個軌道上出現的機率變得極大，這個過程有點像空間傳輸——突然從一地消失，從另一地出現，但實際上只是一種機率分佈的改變——因為電子也是一種波。圍繞原子核的電子實際上是一種分佈在不同能級軌道上的波，只是由於能量的干擾，使得電子在各軌道上能夠被探測到的機率分佈發生了改變。

上圖：光子與電子相遇的兩個過程。先吸收（左），再發射（右）。

但是由於核電荷的存在，電子在高能級軌道分佈機率的上升導致了電勢的上升，使得電子相對於核電荷的點位儲存了過多的能量。這就像是讓跳傘運動員站到了跳傘塔上，具備了更多的高度勢能。於是電子就會在沒有額外能量的干擾的情況下，準備“跳傘”。這個跳傘動作電子自己是不能控制的，一旦沒有了外部能量的持續支援，電子腳下就“虛空”了，就必須跳。

這一跳並不是落下去那麼簡單，這個過程還伴隨著能量的釋放——以光的形式。也就是說，把剛才吸收的能量吐出來（既然你已經回到了地面）。如果入射光子能量足夠大，足以敲擊內層電子，則甚至可能導致產生次級的X射線輻射，這是由於填充在內層的電子被激發後，外層的電子跳入內層填充，就會以輻射形式（通常位於X射線光譜中）發出較高的能量。

這就是光子遇到電子發生的基本情況。

但是如開頭我們簡述的那樣有兩種不同的情況:

康普頓散射由亞瑟·荷裡·康普頓（Arthur Holly Compton）發現的康普頓散射是帶電粒子（通常是電子）對光子的散射，即入射光子（可能是X射線或伽馬射線光子）經過原子時能量會減少（波長增加），這個過程被稱為康普頓效應。輸入光子的部分能量會轉移到反衝電子上，而當帶電粒子將其部分能量轉換為光子時，又會繼續發生康普頓逆散射。

康普頓散射通常是高能光子透過帶電粒子可能發生的情況，因為原子的最外層的電子是自由的，更容易產生這種光的非彈性散射效應。透過的光子的波長變化被稱為康普頓位移。康普頓散射表現了光子的粒子性。

光電效應

光電效應就比較通俗了。高中物理也有介紹，簡單說就是光子的能量比較大，把原子核裡面的電子給打出來變成了可以自由溜達的自由電子，大量的自由電子形成電流就成就了光電效應。

但關於光電效應中光子遇到電子的情景，還有下面一些重要的行為特徵：

每個光子僅與一個電子相互作用

光子把能量傳遞給電子，然後就消失（因為光子是一包純能量，沒有別的什麼東西）。因此，電子吸收了光子之後就具有了額外的能量。如果有了足夠的額外能量，就可能會離開金屬原子（非金屬基本上不可能產生光電效應，因為原子核把它的電子管得太緊））——這也意味著只有具有足夠能量的光子才會導致電子離開金屬原子。但總之，一個光子只能跟一個電子發生作用，而不會同時激發多個電子。

只有高於閾值頻率的光子才會引起光電效應

更亮的光只是意味著每秒傳遞更多的能量（光子）包，而每個包的能量是不變的。而光子能量是隨著頻率升高而升高的，因此，如果沒有足夠高頻率的光，那麼光是提高亮度也是沒有辦法產生光電效應的。也就是說某些光子對於某些金屬而言並不能導致光電效應的，因此也不是所有金屬都適合作為光電效應的介質，不同的金屬產生光電效應的光子的頻率閾值也是不一樣的。

對於給定的金屬表面，存在一定的入射輻射最小頻率，在該頻率下，不發射光電子。該頻率稱為閾值頻率。每個光子都會產生光電子嗎？

假設我們在閾值滿足光電效應的頻率閾值，那麼光子何時到達還有其他事情要考慮。

實際上，光子可以輕鬆地在原子之間穿過甚至穿過原子內部（原子內部很空曠），也不會撞擊電子。因此，光子最終擊中電子時，有許多可能的情況：

光子在金屬表面撞擊電子。電子利用它獲得的能量離開原子並逃逸——這就成了光電效應。

光子在金屬表面撞擊電子。電子離開原子，但進入更深的金屬，但無法逃脫——這在金屬內形成了電流，這種電流會在金屬內部轉化為熱能，表現出光的熱效應。

光子在撞擊電子之前先深入金屬，隨後導致電子離開原子，朝表面逃逸——這還是光電效應。

光子在撞擊電子之前先深入金屬，電子受激離開原子並朝著表面前進，但是電子能量不足，無法越過所有其他原子到達表面，因此電子會停止在金屬內部，並且永遠不會逸出——光子能量變成了熱能，表現為光的熱效應。

上圖：太陽能電池板中，光子被吸收（左），和電子突破束縛形成自由電子（右）。

因此，實際上，到達金屬的光子中只有很小一部分會導致電子被髮射出去，大部分都變成了熱能。

總結

電子與光子碰撞會發生的大體情節，一點都不狗血，是吧？

光子會穿過電子，電子含有質量， 光子卻沒有。光子如果有質量再撞擊電子就會產生分解，擴散出比電子還小電子，電子本身就是一個完整電流體。而光子就會發生爆炸產生微弱熱能。再說：光子如果有質量，太陽每天散射出的光子都會影響地球表面上“衛星癱瘓”“磁場異常”。

我理解，光子不是實質的子，是一束波一朵很小質量的浮雲，相對電子就如子彈打入一盤水，那盤水會被濺起水波（光子變形），子彈頭豪無傷損。

電子會動的，光子不會動，光子只能被動傳遞能量，光子只有質量上區別，由於它不會動，它一直不會變化，因此你無法得知其質量，但是它能打出電子，說明質量和電子相當！電子和光子相碰，電子變光子，光子變電子

如果不想深入，就直接看量子力學教科書裡關於康普頓效應與光電效應那兩節吧。反正我不能釋然，寫了好幾天，才算塵埃落定。

先不急回答“發生什麼”，有必要先吃透“電子·光子·碰撞”這三個概念，尤其是宏觀碰撞與微觀碰撞的區別。

1 宏觀碰撞的三個型別

宏觀上，甲乙兩實體碰撞，可分為三類：

·彈性碰撞：甲乙之間硬碰硬，各奔東西。二者可視為不會變形的剛體。例如，剛球對撞。服從動量守恆：△Σpᵢ=0

·柔性碰撞：甲乙之間硬碰軟合為一體。硬體陷入軟體裡面。如石子扔進水裡。能量守恆，石子動能轉為系統熱能：△Σ(Ekᵢ+Qᵢ)=0

·穿越碰撞：甲乙之間硬體從軟體穿出。如子彈從人體穿出。能量守恆：△Σ(Ekᵢ+Qᵢ)=0

顯然，宏觀的兩個實體之間的碰撞，都是發生在接觸介面上的衝壓與摩擦。

2 彈性碰撞的匹配原則

剛性小球之間的彈性碰撞，主要在於有近似的高硬度或高密度，即“硬碰硬”的先決條件，否則就會發生合併或穿越的非彈性碰撞。

微觀的彈性碰撞比較複雜。原子光譜效應、散射效應、光電效應、電磁感應、霍爾效應，其實都是光與電子碰撞，統稱光電碰撞。

根據硬碰硬原則，光子與電子的硬度或密度，理當是差不多的。否則，就會合並或穿越。

光的衍射，不是光從電子附近繞過，而是低密度的光子，可以過濾掉稀疏的高密度電子。因此，光的衍射，是“軟光子”被電子穿越。

光被吸收，不是被電子吸收，而是因為大多數低頻光被電子雲擋住，留在原子內空間。因此，光的吸收，是“軟光子”被電子封閉。

低頻光子密度很低，不能發生光電之間的彈性碰撞。高頻光子才可能核外電子撞出來。因此，光電效應，是“硬光子”把電子彈出。

光電之間的彈性碰撞要求光子與電子的體密度是相匹配的，此稱彈性碰撞的匹配原則。

多大密度的值域或匹配比（η），可以稱得上相互匹配呢？按理講，這需要大量樣本資料統計平均值。理論上，只能大致估計一下。

就宏觀而言，例如：金球密度19.32，冰球密度0.9，差比為19.32/0.9=21.5倍，二者依然可以有彈性碰撞。保守一點，硬碰硬的匹配比，不妨設定為：η≥0.05。

就微觀而言，主要是光電碰撞，光子波速為真空光速(c)，至少是宏觀速度的1000萬倍，故按同比原則，匹配比粗略設定為：

η≥10⁻⁹......(1)

接下來的事情，就涉及如何計算不同光子與不同電子的體密度。

3 在不同的溫度場，電子有不同的體密度

溫度場，是在特定溫度與真空度的場，如，核力場、電磁場、引力場、地磁場、分子力場。

電子，在不同的溫度場，有不同的體密度，也有自我保護的抗簡併壓（見第4節）。

這很像熱氣球的變態：由於外界溫度場或真空度的遞進變化，氣球

電子只能在導體內流動或是排隊等候出去，離開導體的電子直接變成了光子，電子與光子不會直接發生碰撞的，當然電子導體的周圍會有光子運動，這些光子與電流電荷糾纏產生一些能量，這些能量與以外的磁場相互作用。

光照打擊出電子來，著名的光電效應實驗才有了“光量子”概念，後來成為“光子”，既是粒子又是波，二象統一於一體，就象一枚硬幣的正反面，