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电磁波的频率有上限吗?上限是多少?

 pgl147258 2019-05-03

答:如果考虑普朗克长度的话,电磁波是存在极限波长的,也就对应一个频率上限。


电磁波可以看成许许多多的光子,每个光子对应于一个频率,频率越高,光子的能量越强,单位时间内电磁波携带的信息也越多,这也是5G网络比4G网络快的原因。

可见光的波长在380nm~780nm之间,波长更短的光依次为紫外线、X射线、γ射线;γ射线指波长短于0.001nm的光子,其穿透力极强,对人体细胞有着非常高的杀伤力。


光速c是恒定的,与波长λ、频率ν之间的关系为:

c=ν*λ;

从公式上看,光的频率上限没有限制,从零到无穷大都可以;如果考虑量子力学限制,就存在普朗克长度,普朗克长度表示我们宇宙最小的有意义的长度,大约是1.6*10^-35米。

理论上光子的波长不能小于普朗克长度,那么对应的频率为:

ν=c/λ≈1.88*10^43Hz;

此时光子的动质量为:

△m=hν/c^2≈1.4*10^-4克;

这个质量已经比以发现的所有基本粒子质量还高很多数量级,甚至比一粒灰尘的质量还高,难以稳定存在。


在2016年,欧洲大型强子对撞机制造出来750千兆电子伏特的超高能光子,对应频率为1.8*10^26Hz,与光子的理论极限还差了17个数量级;但是生成的超高能光子存在时间极短,然后衰变为其他粒子。

目前解释我们宇宙基本粒子情况的最佳理论是标准模型,但是该理论无法解释我们宇宙中所有的现象,比如暗物质的就是标准模型无法解释的,制造高能光子可能会生成一些未被发现的基本粒子,为高能物理的研究提供资料。


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