光子和电子的联系

问题描述

精选答案

电子与光子这两种粒子的根本区别——光子没有自旋,电子有自旋. 电子与正电子相遇时将湮灭而转化为光子，即转化为电磁场；反之，在核场中光子的能量足够大时，光子也可以转化为正负电子对。

电子与正电子都是实物，而光子却是电磁场，即真空。从微观物理的角度考察：电子是费米子，带基本电荷，具有空间局域性。它可以是信息的载体，也可以是能量的载体。作为信息载体时，可以通过金属导线或无线电波在自由空间进行传递。电载信息的主要储存方式为磁储存。微电子技术发展了电子计算机，其信息处理的速度受到了电子开关极限时间10-10 s的障碍，和大规模集成电路密集度水平以及并行技术的制约。

20世纪信息技术的进步已经充分挖掘并几乎穹尽了电子的潜力。虽然微电子技术的进一步完善，尚可提高芯片信号运作的速度。有望把计算机运算速度再提高（用大规模并行技术。）然而，电子本身的运动特性及其所产生的电磁场频率极限，制约了它在信息领域功能的进一步发展。电子作为能量的载体时，高能电子束可以让物质改性，可以作为高温热加工，但要求真空环境。并且，它的德布罗意波长极限使它难以胜任超精细的工作。光子是玻色子，电中性，没有空间局域性而具有时间可逆性。它可以是信息的载体， 也可以是能量的载体。作为信息载体时，可以通过光纤（光缆）或自由空间进行传递，光载信息的主要存储方式为光储存。光子技术将发展起光子计算机，其光子逻辑或智能运算的信息处理速度将受到光子开关极限时间10-14s的障碍，和光子集成光路密集度水平以及并行技术的制约。这些制约都远较电子技术所受制约宽松。光子作为能量的载体时（只有光子简并度极高的激光束才能实现），高能激光束可以让物质改性，可以作高温热加工，甚至有望导致核聚变。由于激光波长比电子波长短很多，因而可以胜任非常精细的工作。仅就信息属性而言，光子技术较诸电子技术有着明显的优势：光子开关的速度极限较电子开关速度极限高出4个量级以上，光子信息可以作高密通道交互传输及并行处理；光频载波要比微波频率高出4个量级，可荷载信息量自然高得多；光束的实用调制方式较多，能够采用密集的波分复用技术，频分复用技术以及时分复用技术。光子存储的平面密度不仅大大高于磁存储，而且还能发展空间维、时间维、光谱维及体全息等存储方式。单体存储容量可望达到TB量级。这是磁存储技术无法比拟的；光子集成包括器件集成和功能集成。光子集成度远比电子集成度高。单量子点激光器可以做到0.1μm 。有人认为，光子技术将会在全光通讯和光子计算机上取得突破：传码率为TB/ s量级的全光通信；仅非并行的单机“光脑“运算速度就可超过1012次/秒。