晶格振动与声子

声子

/ FOH-non /

当你拨动吉他弦时,它并不能以完全平滑的方式想多响就多响、想多轻就多轻;在量子世界里,振动的能量是以可数的一块块出现的。一个声子就是这样的一块——一份单一的小包,是穿过晶体的振动能量那不可分割的最小单位。

固体中的原子是以集体的波一起振动的,而不是各自为政。量子力学告诉我们,这些波中的每一道,都只能以固定的台阶来增减能量,绝不在台阶之间停留。我们给其中一级台阶起了个方便的名字,叫「声子」,于是就能像谈论光的光子那样,谈论增添或拿走声子。一道更响、更热的振动,无非就是里头的声子更多。这个词被造得和「光子(photon)」押韵,这种类比是有意为之的:声子之于声与热,恰如光子之于光。

声子之所以重要,是因为它让我们能够把热、声音,以及电流所受到的阻力,都当作一种在固体内部弹来弹去的粒子来处理,从而把棘手的问题变得可解。但要当心:声子并不是一个你能真的揪出来捏在手里的实物粒子。它是一件好用的记账工具——是某种集体运动的量子,只因整块晶体一齐运动,它才存在。

当一个流动的电子撞上抖动的晶格、损失掉一点能量时,物理学家把这件事描述为电子「发射了一个声子」——交出一份振动的小包。把数不清的这种交付累加起来,你就解释了为什么一根导线会发热,并对流过它的电流产生阻力。

用电子和晶格交换声子的故事,来讲述电阻的由来。

声子是「准粒子」:它们在晶体内部表现得像粒子,却无法脱离晶体独自存在。把固体拿走,就再没有什么可供振动的了,于是声子便干脆消失。

又称
quantum of lattice vibration振动量子