我以為根本原因是光子是基本粒子,而聲子不是。光有波粒二象性,分別稱作電磁波和光子;聲也有波粒二象性,分別稱為機械波和聲子。以固體為例,流體大致也有類似的結論,但是我本身不做流體的研究,不亂說。在固體材料中,把晶格內的集體振動的傳播稱為格波,而格波的粒子化描述稱為聲子(phonon)。材料中的聲子與光子具有極其相似的特徵。聲子有頻率,靜質量為0,可以與各種粒子相互作用。唯一的不同就在於:聲子不能脫離固體存在。故聲子稱為“準粒子”。把它區別於實際粒子,就是因為它不能在物質之外傳播。想象僅僅在固體內部的話,聲子與光子並無區別。而其中有更深刻的原因。從原理上講,聲子是晶體中的離子實集體振動的產物。但是這種集體振動的傳播透過的是庫侖力也就是電磁力。換言之,從量子場論的角度考慮,振動的產生就是光子在各個離子實之間的交換導致的。從這一點來講,聲子是光子在固體中運動的產物。所以當材料之間出現真空層(一般大於2nm),真空層兩邊的離子實之間的電磁相互作用相比於固體內部弱得多,也就忽略不計了。所以,機械波也就視為不能傳播。在這個過程中,去追究振動“到底”有沒有傳遞到另一邊一點點,是沒有意義的。因為聲子本來就是某種近似的產物,而光子理論上是可以非常非常的準確的。作為基本粒子的光子,可以在任何條件下傳播,更重要的是,在任何條件下的計算討論都是有意義的。而聲子不具備這些特點,既然聲波的本質是集體振動,而振動這種宏觀的描述僅僅在宏觀能觀察到的奈米級的粒子才有意義。所以,當脫離實物粒子的時候,振動就失去了它本身的意義。即使把振動擴充套件為帶電粒子之間的運動影響,這種影響也可以用電磁作用來更準確的描述。這就是基本粒子和近似出來的“準粒子”之間的區別:在所有尺度和所有領域中(此處的“所有”做狹義理解,其實是規範場論的範疇之內。),基本粒子都體現了它們的作用,但是因為在介觀尺度(um量級)中,其相互作用太過繁雜(粒子數目太大),故被近似為“準粒子”的形式進行研究。之所以光子傳播不需要介質而聲子需要,就是因為聲子是這種“準粒子”,它從被定義那一刻起,就是用來解釋一部分範圍內的現象,脫離了定義的範圍,它就失去了意義。而光子作為基本粒子,不存在這個問題。
我以為根本原因是光子是基本粒子,而聲子不是。光有波粒二象性,分別稱作電磁波和光子;聲也有波粒二象性,分別稱為機械波和聲子。以固體為例,流體大致也有類似的結論,但是我本身不做流體的研究,不亂說。在固體材料中,把晶格內的集體振動的傳播稱為格波,而格波的粒子化描述稱為聲子(phonon)。材料中的聲子與光子具有極其相似的特徵。聲子有頻率,靜質量為0,可以與各種粒子相互作用。唯一的不同就在於:聲子不能脫離固體存在。故聲子稱為“準粒子”。把它區別於實際粒子,就是因為它不能在物質之外傳播。想象僅僅在固體內部的話,聲子與光子並無區別。而其中有更深刻的原因。從原理上講,聲子是晶體中的離子實集體振動的產物。但是這種集體振動的傳播透過的是庫侖力也就是電磁力。換言之,從量子場論的角度考慮,振動的產生就是光子在各個離子實之間的交換導致的。從這一點來講,聲子是光子在固體中運動的產物。所以當材料之間出現真空層(一般大於2nm),真空層兩邊的離子實之間的電磁相互作用相比於固體內部弱得多,也就忽略不計了。所以,機械波也就視為不能傳播。在這個過程中,去追究振動“到底”有沒有傳遞到另一邊一點點,是沒有意義的。因為聲子本來就是某種近似的產物,而光子理論上是可以非常非常的準確的。作為基本粒子的光子,可以在任何條件下傳播,更重要的是,在任何條件下的計算討論都是有意義的。而聲子不具備這些特點,既然聲波的本質是集體振動,而振動這種宏觀的描述僅僅在宏觀能觀察到的奈米級的粒子才有意義。所以,當脫離實物粒子的時候,振動就失去了它本身的意義。即使把振動擴充套件為帶電粒子之間的運動影響,這種影響也可以用電磁作用來更準確的描述。這就是基本粒子和近似出來的“準粒子”之間的區別:在所有尺度和所有領域中(此處的“所有”做狹義理解,其實是規範場論的範疇之內。),基本粒子都體現了它們的作用,但是因為在介觀尺度(um量級)中,其相互作用太過繁雜(粒子數目太大),故被近似為“準粒子”的形式進行研究。之所以光子傳播不需要介質而聲子需要,就是因為聲子是這種“準粒子”,它從被定義那一刻起,就是用來解釋一部分範圍內的現象,脫離了定義的範圍,它就失去了意義。而光子作為基本粒子,不存在這個問題。