几束光交叉时，是否会相互影响？ 第1页

严格的说，光子与光子之间有相互作用。

在经典的电磁理论中，光子与光子之间是没有相互作用的，这一点可以从麦克斯韦方程组中看出。但是我们现在已经知道，麦克斯韦方程组并不是完全正确的，只是量子电动力学在低能下的近似。

实际上，高能光子打到一起是有可能发生反应的，那么两束光交叉会有可能发生哪些反应呢？

1、光子光子散射

最简单的情况就是光子光子散射，就像两个小球对撞弹开了一样。但是说这是最简单的情况其实不准确的，因为根据量子电动力学，这种过程至少是四阶的，用费曼图表示就是：

在这个过程中，两个光子通过中间的虚电子发生了相互作用。但是上面说了，这个过程是四阶的，因此发生的几率是非常的小的。

2、光子光子生成正负电子对

实际最简单的情况应该是光子光子生成正负电子对（也就是所谓的“能量生成质量”，当然实际上这句话是不严谨的，实际只是能量的表现形式发生了变化，从动量变成质量），费曼图为：

上一个过程中间有四条线，这个只有两个，这个过程确实简单一点，但是上一个过程对能量没有要求， 或者说，任何的能量下都有可能发生，但是这个过程却有能量阈值，考虑生成的两个电子就是静止的，那么两个光子的总能量至少要等于两个电子静质量对应的能量，用质能方程就能很容易的算出来：

其中 是电子的静质量， 是入射光子的频率，可以算出：

再通过 算出光子波长:

这是什么概念呢？我们看一下光谱：

通过这个光谱，上面算出来的入射光子是属于gamma射线级别的。那么这样的能量现在的激光能产生吗？我找到了一张激光谱（Laser - Wikipedia）

我们主要看一下所能达到的最高能量：

最高能量的光子波长为 左右，离X光还有一段距离，更不用说gamma射线了。也就是说目前的激光并不能通过交叉产生正负电子对。

（*经评论区知友 @W先生指正，有能做到更高能量的，请参考

*）

当然，我们还有别的办法，比如说通过加速器中的电子辐射或者对撞机里产生的光子等，这个能量是非常容易达到的。那下面我们就假设我们能得到任意能量的光子。

3、光子光子生成强子

除了生成正负电子对，还能生成其它的物质吗？显然是可以的，只要给够能量，这样的过程可以生成任意的正反物质对，比如说夸克对。但是夸克和夸克之间除了电磁相互作用外（用量子电动力学描述），还有更强的相互作用，即强相互作用，用量子色动力学描述。强相互作用的性质使得在真空中夸克不能单独出现，必须成双（正负夸克对形成介子）或者三人行（三个夸克形成重子），也就是所谓的夸克禁闭。

那么，如果两个光子生成夸克，那考虑的就不是夸克了，而是由夸克构成的介子。这种情况下并不能生成一个重子，因为一个正的重子完全由正夸克构成。但是介子可以是由相同的正负夸克对构成，满足这样条件的最轻的介子就是 介子，其质量为：

，

这可比电子重多了，大约中了三个数量级！！！因此产生 介子就得需要更大的能量了，同样的根据上面计算电子的计算，也可以得到此时光子的波长：

显然波长也小了三个数量级。

那对于更重的质子或者中子或者其它强子，就得需要更大能量的光子了。

4、光子光子产生小宇宙

事情并不会这么简单的结束。在上面的说明中，光子只是产生一个正负电子对或者正负夸克对。但是如果两束入射的光子的能量非常的高，远远的高出产生一个夸克对的能量，那么这种情况下，一次光子的对撞，就会瞬间产生成千上万的粒子对，这些粒子聚集在非常小的空间，有着非常高的能量，然后集聚的膨胀。这听起来是不是非常宇宙大爆炸呢？

在膨胀的过程中，粒子逐渐冷却，依靠各种相互作用逐渐聚集在一起，形成宏观可见的物体。如果初始光子能量足够的高，那么这个过程产生的粒子足够的多，最终冷却下来以后就会形成星系，

当当当，一个新的宇宙诞生了！！！

所以，上帝说，要有光！有了光，宇宙就诞生了！

所以，各位，当你看到有个人拿着两个手电筒交叉在一起的时候，像这样，

千万别笑，他只是想造一个小宇宙而已！

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