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ZT地球

(2015-10-12 16:16:18) 下一個

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

地球是如何形成的?具有了一定科學知識的當代人,當然不會相信上帝“創世說”這樣的答案。實際上,早在18世紀,法國生物學家布封就以他的彗星碰撞說打破了神學的禁錮。然而,人們也許還不知道,隨著科學的進步,關於地球成因的學說已多達十多種,它們主要是:

1、彗星碰撞說。認為很久很久以前,一顆彗星進入太陽內,從太陽上麵打下了包括地球在內的幾個不同行星。(1749年)

2、隕星說。認為隕星積聚形成太陽和行星(1755年,康德在《宇宙發展史概論》中提出的)。

3、宇宙星雲說。1796年,法國拉普拉斯在《宇宙體係論》中提出。認為星雲(塵埃)積聚,產生太陽,太陽排出氣體物質而形成行星。

4、雙星說。認為除太陽之外,曾經有地第二顆恒星,行星都是由這顆恒星產生的。

5、行星平麵說。認為所有的行星都在一個平麵上繞太陽轉,因而太陽係才能由原始的星雲盤而產生。

6、衛星說。認為海王星、地球和土星的衛星大小大體相等,也可能存在過數百個同月球一樣大的天體,它們構成了太陽係,而我們已知的衛星則是被遺留下來的“未被利用的”材料。

在以上眾多的學說當中,康德的隕星假說與普拉斯的宇宙星雲說,雖然在具體說法上有所不同,但二者都認為太陽係起源於彌漫物質(星雲)。因此,後來把這個假說統稱為康德——拉普拉斯假說,而被相當多的科學家所認可。

但隨著科學的發展,人們發現“星雲假說”也暴露了不少不能自圓其說的新問題。如逆行衛星和角動量分布異常問題。根據天文學家觀察到的事實:在太陽係的係統內,太陽本身質量占太陽係總質量的99.87,角動量隻占0.73;而其他九大行星及所有的衛星、彗星、流星群等總共占太陽係總質量的0.13,但它們的角動量卻占99.27。這個奇特現象,天文學上稱為太陽係角動量分布異常問題。星雲說對產生這種分布異常的原因“束手無策”。

另外,現代宇航科學發現越來越多的太空星體互相碰撞的現象,1979年8月30日美國的一顆衛星P78-1拍攝到了一個罕見的現象:一顆彗星以每秒560千米的高速,一頭栽入了太陽的烈焰中。照片清晰地記錄了彗星衝向太陽被吞噬的情景,12小時以後,彗星就無影無蹤了。

既然宇宙間存在天體相撞的事實,那麽,布封的“彗星碰撞”說的可能性依然存在,於是新的災變說應運而生。

今天,地球起源的學說層出不窮,但地球是怎樣形成的,仍是一個謎。

 

 

地球形成於幾十億年以前,初期的痕跡在地麵上已很難找到了,以後的曆史麵貌也極為殘缺不全。若想從地球麵貌往前一步一步地推出它的原始情況,困難極大。

 

地球起源探索

地球的起源自古以來一直是人們關心的問題。在古代,人們就曾探討過包括地球在內的天體萬物的形成問題,關於創世的各種神話也廣為流傳。自1543年,波蘭天文學家哥白尼提出了日心說之後,天體演化的討論才開始步入科學範疇,逐漸形成了諸如星雲說,遭遇說等學說。但事實上,任何關於地球起源的假說都有待證明。

地球形成於幾十億年以前,初期的痕跡在地麵上已很難找到了,以後的曆史麵貌也極為殘缺不全。若想從地球麵貌往前一步一步地推出它的原始情況,困難極大。任何地球起源的假說都包含有待證明的假設。正由於此,不同的假說常常分歧很大。200多年來,地球起源的假說曾提出過幾十種。到了人造衛星時代,可直接探測的領域已擴展到行星際空間。這個問題的探索也進入到一個新的活躍階段。

地球編輯

地球形成時基本上是各種石質物的混合物,如果積聚過程持續

  

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年,則短壽命放射性元素的衰變和固體顆粒動能的影響都不大。初始地球的平均溫度估計不超過1000℃,所以全部處於固態。形成後,由於長壽命放射性物質的衰變和引力位能的釋放,內部慢慢增溫,以致原始地球所含的鐵元素轉化成液態,某些鐵的氧化物也將還原。液態鐵由於密度大而流向地心,形成地核(這個過程何時開始,現 在已否結束,意見頗有分歧)。由於重的物質向地心集中,釋放的位能可使地球的溫度升高約2000℃。這就促進了化學分異過程,由地幔中分出地殼。地殼岩石受到大氣和水的風化和侵蝕,產生了沉積和沉積岩,後者受到地下排出的氣體和溶液,以及溫、壓的作用發生了變質而形成了變質岩。這些岩石繼續受到以上各種作用,可能經受過多次輪回的熔化和固結,先形成一個大陸的核心,以後增長成為大陸。原始地球不可能保持大氣和海洋,它們都是次生的。海洋是地球內部增溫和分異的結果,但大氣形成的過程要更複雜。原生的大氣可能是還原性的。當綠色植物出現後,它們利用太陽輻射使水氣(H2O)和CO2發生光合作用,產生了有機物和自由氧。當氧的產生多於消耗時,自由氧才慢慢積累起來,在漫長的地質年代中,便形成了主要由氮和氧所組成的大氣。

早期假說編輯

主要分兩大派。一派認為太陽係是由一團旋轉的高溫氣體逐漸冷卻凝固而成的,稱為漸變派,以康德(I.Kant,1755)和P.S.拉普拉斯(1796)為代表。另一派認為太陽係是由 2個或 3個恒星發生碰撞或近距離吸引而產生的,稱為災變派。這派的代表最早是布豐(G.L.L.Buffon,1745),以後是張伯倫(T.C.Chamberlin)和摩耳頓(F.R.Moulton,1901),還有金斯(J.H.Jeans,1916)Sir H.傑弗裏斯(1918)等人。早期的地球起源假說主要是企圖解釋一些天文現象,如:

① 軌道規律性 大行星的軌道都幾近圓形,軌道平麵和太陽赤道麵很接近。相似的情況也存在於有規律的衛星係。

② 兩類行星 行星的性質明顯地分成兩類:內行星(水、金、地、火)的質量小、密度大、衛星少;外行星(木、土、天、海)的質量大、密度小、衛星多。

③ 角動量的分布 對太陽係來說,太陽的質量占全係質量的99%以上,但它的角動量卻還不到全係的1%。以單位質量所具有的角動量而論,行星的比太陽的大得多。通過怎樣一種作用才能使一個原來大致均勻的統一體係變成這樣一個係統,是太陽係起源假說所必須回答的問題。

早期的兩派假說各有許多變種,但都不能全部滿意地解釋上述的觀測事實。如拉普拉斯的星雲假說認為太陽係起源於一團高溫、旋轉的氣體星雲,因冷卻而收縮,所以越轉越快。快到一定程度後,就由它的外緣拋出一個物質環。星雲繼續收縮,以後又可拋出一個物質環。如此繼續,以後這些物質環便都各自聚成行星。有規則的衛星係也是經過類似的過程形成的。這樣,太陽係軌道的規律性便得到自然的解釋。無論這樣形成的物質環能否聚成行星,但由計算表明,即使將所有行星現有的角動量都轉移到太陽上,太陽所增加的角動量也不足以使物質從它表麵上拋出去。另一方麵,如果行星物質來自太陽,它們單位質量的角動量應當和太陽的差不多,但實際它們相差很大。

災變論者將一部分的角動量歸因於另外一個恒星,從而繞過了行星角動量過大的困難。在金斯和傑弗裏斯的潮引假說中,他們設想有另外一個恒星從太陽旁邊掠過或發生邊緣碰撞,因而從太陽吸引出一股物質條帶,並同時給它一定的角動量。恒星掠過後,這個條帶分裂成若幹塊,以後各自成為行星。因為太陽與恒星起初是互相接近,碰撞後又彼此分離,所以吸引出的條帶是兩頭小,中間大,並且它的物質是來自太陽的不同深處。這樣,這個假說似乎可以解釋太陽係的前兩個特點,不過衛星係的產生就很難再采用同樣的辦法了。但這個假說其實並未真正克服角動量的困難。計算表明,恒星所能給與物質條帶的角動量遠不能將它拋到太陽係的邊緣。即使這樣能產生行星,它們離太陽最遠也不超過幾個太陽半徑。此外,如果帶狀物質是從太陽內部引出來的,它的溫度可能不下於一千萬度。它將像大爆炸一樣,很快向太空散去,不可能聚成行星。

關於地球起源的理論或假說,假說認為地球是在太陽係內形成的。依據形成地球的物質來源分為三派:

A、分出說也叫災變說[1]  。在這一學派中,有的認為是另外一顆恒星碰到太陽,碰出了物質,這些碰出的物質形成了行星。有的認為:太陽曾經出現過巨大規模的變動,例如太陽的自轉快度變快,由一個恒星分裂為兩個恒星,後來因為某種原因,其中一個離開了,離開時所留下的物質形成行星。

有的認為:太陽原來是一對雙星,其中一顆子星被另外靠近的一顆大星拉走了或俘獲了。在子星被拉走或俘獲時所留下來的物質形成了太陽係的行星。

也有的認為:太陽的伴星爆發成超新星,留下的物質形成了行星。另外還有的觀點認為是太陽自身拋射出來的物質形成了行星。

B、俘獲說。這一學派的共同看法認為是太陽先形成的。太陽形成後俘獲了周圍的或宇宙空間裏的其它星際物質,而由這些物質形成了行星。

C、共同形成說。形形色色的各類星雲說都是屬於這一學派。這一學派認為:太陽係是由一個星雲形成的。盡管各學者對太陽係內的星球形成和自轉及公轉有各自的見解,但他們都共同認為太陽係是由一個原始星雲逐漸演化而形成的,或者說形成行星的物質來源於太陽或與太陽有關係的其它星球。

相關事件編輯

地球經曆的曆史時代 百萬年

冥古宙 隱生代 4570 地球出現

原生代 4150 地球上出現第一個生物---細菌

酒神代 3950 古細菌出現

早雨海代3850 地球上出現海洋和其他的水

太古宙 始太古代3800

古太古代3600 藍綠藻出現

中太古代3200

新太古代2800 第一次冰河期

元古宙成鐵紀2500

層侵紀 2300

造山紀 2050

古元古代固結紀 1800

蓋層紀 1600

延展紀 1400

中元古代 狹帶紀 1200

拉伸紀 1000 羅迪尼亞古陸形成

成冰紀850 發生雪球事件

新元古代埃迪卡拉紀 630 +5/-30 多細胞生物出現

顯生宙 古生代 寒武紀 542.0 ± 1.0 寒武紀生命大爆發

奧陶紀 488.3 ± 1.7 魚類出現;海生藻類繁盛

誌留紀 443.7 ± 1.5 陸生的裸蕨植物出現

泥盆紀 416.0 ± 2.8 魚類繁榮 兩棲動物出現 昆蟲出現 種子植物出現 石鬆和木賊出現

石炭紀 359.2 ± 2.5 昆蟲繁榮 爬行動物出現 煤炭森林 裸子植物出現

中生代 二疊紀 299.0 ± 0.8 二疊紀滅絕事件,地球上95%生物滅絕 盤古大陸形成

三疊紀 251.0 ± 0.4 恐龍出現 卵生哺乳動物出現

侏羅紀 199.6 ± 0.6 有袋類哺乳動物出現 鳥類出現 裸子植物繁榮 被子植物出現

白堊紀 99.6 ± 0.9 恐龍的繁榮和滅絕 白堊紀-第三紀滅絕事件,地球上45%生物滅絕 有胎盤的哺乳動物出現

新生代 65.5 ± 0.3 到至今

地球起源編輯

1、太陽星雲和星雲盤

約在50億年以前,銀河係中存在著一塊太陽星雲。它是怎樣形成的,尚無定論,不過對於研究地球的起源,不妨以它為出發點。

太陽星雲是一團塵、氣的混合物,形成時就有自轉。在它的引力收縮中,溫度和密度都逐漸增加,尤其在自轉軸附近更是如此。於是在星雲的中心部分便形成了原始的太陽。其餘的殘留部分圍繞著太陽形成一個包層。由於自轉,這個包層沿著太陽赤道方向漸漸擴展,形成一個星雲盤。星雲盤形成的具體物理過程至今還不很清楚,不過一個中心天體外邊圍繞著一個盤狀物,這種形態在不同尺度的天文觀測中都是存在的,例如星係NGC 4594,恒星MWC 349和土星。

星雲盤的物質不是太陽拋出來的,而是由原來的太陽星雲殘留下來的。因為行星上氫的兩個同位素 2H和1H的比值約為2×10-5,同在星際空間的一樣;但在太陽光球裏,這個比值小於3×10-7。這是因為在太陽內部發生著熱核反應,2H大部分消耗掉了。星雲盤是行星的物質來源,所以行星不是由太陽分出來的。太陽星雲原含有不易揮發物質的顆粒,它們互相碰撞。如果相對速度不大,化學力和電磁力可以使它們附著在一起成為較大的顆粒,叫做星子,星子最大可達到幾厘米。在引力、離心力和摩擦力(可能還有電磁力)的作用下,星子如塵埃物質將向星雲盤的中間平麵沉降,在那裏形成一個較薄、較密的塵層。因為顆粒的來源不同,塵層的化學成分是不均勻的,但有一個總的趨勢:隨著與太陽的距離增加,高溫凝結物與低溫凝結物的比值減小。塵層形成後,除在太陽附近外,溫度是不高的。

太陽帶有磁場,輻射著等離子體(見太陽風)和紅外線,不斷地造成大量的物質和角動量的流失。有些天文學家認為在太陽的發展過程中,曾經曆一個所謂“金牛座T”階段。這個階段的特征是:高度變化快,自轉速度快,磁場和太陽風特別強烈等等。不過這個階段的存在是有爭議的。另一方麵,由於磁場(或湍流)的作用,太陽的角動量也有一部分轉移給塵層,使它向外擴張。在擴張的過程中,不易揮發和較重的物質就落在後麵。這就使塵層的成分在不同的太陽距離(即不同的溫度區域)處,大有不同,而反映在以後形成的行星的物質成分上。

2、行星

 

 

光合作用產生的氧氣在大氣層聚集

 

地球英語Earth),是太陽係八大行星之一,按離太陽由近至遠的次序排列為第行星,也是太陽係中直徑質量密度最大的類地行星。住在地球上的人類又常稱呼地球為世界

地球是包括人類在內上百萬種生物棲地[1]。地球是目前人類所知宇宙中唯一存在生命的天體。根據放射性定年法計算結果和其他來源顯示,地球誕生於約45.4億年前[2][3][4][5],而生命誕生於地球誕生約十億年後(距今約36億年)。從那以後,地球的生物圈改變了大氣層和其他環境,使得需要氧氣的生物得以誕生,也使得臭氧層形成。臭氧層與地球的磁場一起阻擋了來自宇宙的有害射線,保護了陸地上的生物[6]。地球的物理特性,和它的地質曆史和軌道,使得地球上的生命能周期性地持續。地球預計將在15億年內繼續擁有生命,直到太陽不斷增加的亮度滅絕地球上的生物圈為止。

地球的表麵被分成幾個堅硬的板塊,或稱板塊,它們以地質年代為周期在地球表麵移動。地球表麵大約71%是海洋,剩下的部分被分成島嶼。液態是所有已知的生命所必須的,但並不在其他太陽係內的星球表麵存在。[註 1][註 2]地球的內部仍非常活躍,科學家推測地球的內部結構有一層很厚的地幔,一個液態外核和一個固態的內核

地球會與外層空間的其他天體相互作用,包括太陽和月球。當前,地球繞太陽公轉一周所需的時間是自轉的366.26倍,這段時間被叫做一恒星年,等於365.26太陽日[註 3]。地球的地軸傾斜23.4°(與軌道平麵垂線傾斜23.4°),[7]從而在星球表麵產生了周期為1恒星年的四季變化。地球唯一的天然衛星——誕生於45.3億年前的月球,造成了地球上的潮汐現象,穩定了地軸的傾角,並且減慢了地球的自轉。大約38到41億年前,後期重轟炸期的小行星撞擊改變了月球表麵環境。

地球的礦物和生物等資源維持了全球的人口。地球上的人類分成了約200個獨立的主權國家,透過外交、旅遊、貿易和戰爭相互聯係。人類文明曾有過很多對於地球的觀點,包括神創論、地平說、天圓地方、地球是宇宙中心等。

歐洲人常稱地球為蓋婭,這個詞有「大地之母」的意思。

目錄

  [隱藏

1 地球曆史

1.1 生命的進化

2 地球概論特征

2.1 化學元素

2.2 圈層結構

2.2.1 內部圈層

2.2.1.1 地核

2.2.1.2 地幔

2.2.1.3 地殼

2.2.2 外部圈層

2.2.2.1 生物圈

2.2.2.2 大氣圈

2.2.2.3 水圈

2.3 地球的運動

2.3.1 地球自轉

2.3.2 地球公轉

2.4 地球所在的天體係統

3 地理學特征

3.1 自然地理

3.1.1 氣候

3.1.2 地貌

3.1.3 自然災害

3.1.4 自然資源

3.2 人文地理

3.2.1 政治地圖

3.2.2 土地使用

3.2.3 人類

3.2.4 政府

4 地球的發展方向

4.1 環境問題

4.1.1 熱力學機製

4.1.2 具體機製

4.2 經濟發展問題

4.3 可持續發展

5 地球的未來

6 注釋

7 參考文獻

8 外部鏈接

9 參見

地球曆史[編輯]

主條目:地球歷史

參見:地質年代

科學家已經能夠重建地球過去的資料。太陽係的物質大概起源於45.672億±60萬年前[8],而大約在45.4億年前(誤差約1%),地球和太陽係內的其他行星開始在太陽星雲——太陽形成後殘留下來的氣體與塵埃形成的圓盤狀星雲——內形成。通過吸積的過程,地球經過1至2千萬年的時間,大致已經成形[9]。最初為熔融狀態,地球的外層先冷卻凝固成地殼。火山的活動釋放出的氣體產生原始的大氣層,小行星、較大的原行星、彗星和海王星外天體等攜帶來的水,使地球的水份增加,冷凝的水產生海洋[10]溫室效應和較高太陽活動的組合,提高了地球表麵的溫度,阻止了海洋的凝結[11]

有兩個主要的理論提出大陸的成長:[12]穩定的成長到現代[13]和在早期的歷史中快速的成長[14]。目前的研究顯示第二種學說比較可能,早期的地殼是快速成長[15],逐漸變成長期且穩定的大陸地區[16][17][18]。在時間軸上的最後數億年間,地球表麵不斷的重塑自己,大陸持續的形成和分裂。在表麵遷徙的大陸,有時會結成成超大陸。大約在7億5千萬年前,已知最早的一個超大陸羅迪尼亞開始分裂,又在6億至5億4千萬年時合併成潘諾西亞大陸,最後是1億8千萬年前開始分裂的盤古大陸 [19]

生命的進化[編輯]

主條目:生命演化曆程

現在,地球提供了目前已知唯一能夠維持生命進化的環境。[20]通常認為,大約40億年前,高能的化學分子就能自我複製,過了5億年,最後共同祖先誕生。[21]藍綠藻是目前已知最早使用光合作用製造養分,使得太陽的能量能夠被生物直接利用。光合作用產生的氧氣在大氣層聚集,進而距離地表大約25公裏處形成臭氧層。相似的小細胞聚集形成更大更複雜的真核細胞內共生學說[22]真正由細胞組成的多細胞生物開始逐漸分化。由於臭氧層抵擋了來自宇宙的有害射線,生命布滿了地球表麵。[23]

自從20世紀60年代,人們認為在8.5到6.3億年前的前寒武紀曾出現冰河期,冰雪覆蓋了大半個地球。這個假說被稱作“雪球地球”,這個假說正好出現在寒武紀大爆發(多細胞生物種類開始迅速增多)之前。[24]

大約5.35億年的前寒武紀大爆發之後,一共發生了五次大滅絕[25]最後一次大滅絕是6500萬年前的白堊紀-第三紀滅絕事件。此次滅絕可能為隕石的撞擊,導致了恐龍和其他大型爬行動物的滅絕,剩下的小型動物如哺乳類則存活了下來。在過去的6500萬年裡,哺乳動物開始多樣化,幾百萬年後,一種非洲的猿類動物獲得了直立行走的能力。[26]它們能夠使用工具,也促進了它們的交流。它們的大腦越來越發達,於是它們發展了農業,然後開始出現文明,它們便是現今稱霸地球的——人類,影響了大自然和大量其他生物。[27]

地球概論特征[編輯]

 

地球由地核到大氣截麵圖(部分按照比例)

參見:重力場

地球由內核到地表的構成如同其他的類地行星,地球內部從外向內分別為地殼、高度粘滯狀地幔、以及地核——外層為非粘滯液態的外核與核心為固態的內核。地核液體部份導電質的對流使得地球產生了微弱的地磁場

地球內部溫度高達5270開爾文(4996.85攝氏度)。行星內部的熱量來自於其形成之初的“吸積”(參見重力結合能)。這之後的熱量來自於類似放射性元素衰變。從地球內部到達地表的熱量隻有地表接收太陽能量的1/20000。

地球地幔的金屬質不斷透過火山中洋脊湧出地表(參見海底膨脹條目)。組成地殼大部分的岩石年齡都不超過1億(1×108)年。目前已知的最古老的地殼年齡大約有44億(4.4×109)年。[28]

深度

內部層

公裏

英裏

0–60

0–37

岩石圈(約分布於5或200公裏之處)

0–35

0–22

地殼(約分布於5或70公裏之處)

35–60

22–37

地幔外層(岩漿

35–2890

22–1790

地幔

100–700

62–435

軟流圈

2890–5100

1790–3160

外核

5100–6378

3160–3954

地核內核

化學元素[編輯]

主條目:化學元素豐度

總體來說,地球大部分的質量是由下列元素組成:

其他元素

34.6 %

29.5 %

15.2 %

12.7 %

2.4 %

1.9 %

0.05 %

3.65%

圈層結構[編輯]

內部圈層[編輯]

地核[編輯]

 

地球內部構造剖麵圖

地球的平均密度為5515kg/m3,是太陽係中密度最高的行星。但地球表麵物質的密度隻有大約3000kg/m3,所以一般認為在地核存在高密度物質-在地球形成早期,大約45億(4.5×109)年前,地球幾乎是由熔化的金屬組成的,導致了地球中心處發生高密度物質聚集在核心,低密度物質移向地表的過程(參見行星分異)。科學家推測地核大部分是由鐵所組成(占80%),其餘物質基本上是鎳和矽。像鈾等高密度元素不是在地球裏頭稀少,就是和輕元素相結合存在於地殼中(參閱長英礦物條目)。

地核位於古登堡界麵以內,地核又以雷門不連續麵為界分為兩部分:半徑約1250km的內核,即G層,以及在內核外部一直到距地心約3500km的液態外核,即E、F層。F層是地核與地函的過渡層。

一般,人們認為地球內核是一個主要由鐵和一部分鎳組成的固態核心。另一個不同的觀點則認為內核可能是由單鐵結晶組成。包在內核外層的

 

 

 

光子Photon)是一種基本粒子,是電磁輻射量子。在量子場論裏是負責傳遞電磁力力載子[4]:17-18。這種作用力的效應在微觀層次或宏觀層次都可以很容易地觀察到,因為光子的靜止質量為零[註 1],它可以移動至很遠距離,這也意味著它在真空中的傳播速度是光速。如同其它微觀粒子,光子具有波粒二象性,能夠展現出波動性與粒子性。例如,它能在雙縫實驗裏展示出波動性,也能在光電效應實驗裏展示出粒子性[5]:1060-1068

阿爾伯特·愛因斯坦在1905年至1917年間發展出光子的現代概念,這是為了解釋一些與光的古典波動模型不相符合的實驗結果。當時被普遍接受的經典電磁理論,盡管能夠論述關於光是電磁波的概念,但是無法正確解釋黑體輻射光電效應等實驗現象。半古典理論麥克斯韋方程組的框架下將物質吸收光和發射光所涉及的能量量子化,而行進的光波仍採古典方法處理;如此可對黑體輻射的實驗結果做出合理解釋。愛因斯坦的主張與普朗克的半古典理論明顯不同,他提出光本身就是量子化的概念,當時愛因斯坦稱之為「光量子」(德語:das Lichtquant;英語:light quantum)[6]。雖然半古典理論對於量子力學的初始發展做出重大貢獻,從於1923年觀測到的電子對於單獨光子的康普頓散射開始,更多的實驗證據使愛因斯坦光量子假說得到充分證實[5]:1063-1065[7][8]。由於這關鍵發現,愛因斯坦於1921年獲頒諾貝爾物理學獎[9]

光子的概念帶動了實驗和理論物理學在多個領域的巨大進展,例如激光玻色-愛因斯坦凝聚量子場論、量子力學的統計詮釋量子光學量子計算等。在物理學外的其他領域裡,這概念也找到很多重要應用,如光化學高分辨顯微術,以及分子間距測量等。在當代相關研究中,光子是研究量子計算機的基本元素,也在複雜的光通信技術,例如量子密碼學等領域有重要的研究價值。

根據粒子物理標準模型,光子的存在可以滿足物理定律在時空內每一點具有特定對稱性的理論要求。這種對稱性稱為規範對稱性,它可以決定光子的內秉屬性,例如質量電荷自旋[4]:358ff。光子的自旋為1,因此是玻色子,不遵守包立不相容原理[5]:1221

 

 

量子一詞來自拉丁語quantum,意為“有多少”,代表“相當數量的某物質”。在物理學中常用到量子的概念,指一個不可分割的基本個體。例如,“光的量子”是光的單位。而延伸出的量子力學量子光學等更成為不同的專業研究領域。

其基本概念為所有的有形性質是“可量子化的”。“量子化”指其物理量的數值是特定的,而不是任意值。例如,在(休息狀態的)原子中,電子的能量是可量子化的。這決定原子的穩定和一般問題。

在20世紀的前半期,出現了新的概念。許多物理學家將量子力學視為瞭解和描述自然的的基本理論。在量子出現在世界上100多年間,經過普朗克,愛因斯坦,斯蒂芬霍金等科學家的不懈努力,已初步建立量子力學理論。

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