晶格振動與聲子
聲子
/ FOH-non /
當你撥動吉他弦時,它並不能以完全平滑的方式想多響就多響、想多輕就多輕;在量子世界裡,振動的能量是以可數的一塊塊出現的。一個聲子就是這樣的一塊——一份單一的小包,是穿過晶體的振動能量那不可分割的最小單位。
固體中的原子是以集體的波一起振動的,而不是各自為政。量子力學告訴我們,這些波中的每一道,都只能以固定的台階來增減能量,絕不在台階之間停留。我們給其中一級台階起了個方便的名字,叫「聲子」,於是就能像談論光的光子那樣,談論增添或拿走聲子。一道更響、更熱的振動,無非就是裡頭的聲子更多。這個詞被造得和「光子(photon)」押韻,這種類比是有意為之的:聲子之於聲與熱,恰如光子之於光。
聲子之所以重要,是因為它讓我們能夠把熱、聲音,以及電流所受到的阻力,都當作一種在固體內部彈來彈去的粒子來處理,從而把棘手的問題變得可解。但要當心:聲子並不是一個你能真的揪出來捏在手裡的實物粒子。它是一件好用的記帳工具——是某種集體運動的量子,只因整塊晶體一齊運動,它才存在。
當一個流動的電子撞上抖動的晶格、損失掉一點能量時,物理學家把這件事描述為電子「發射了一個聲子」——交出一份振動的小包。把數不清的這種交付累加起來,你就解釋了為什麼一根導線會發熱,並對流過它的電流產生阻力。
用電子和晶格交換聲子的故事,來講述電阻的由來。
聲子是「準粒子」:它們在晶體內部表現得像粒子,卻無法脫離晶體獨自存在。把固體拿走,就再沒有什麼可供振動的了,於是聲子便乾脆消失。
又稱
另見