能夠在實驗中觀察到傳遞電磁力的光子嗎？

01-13

電磁力的本質是光子的交換，那麼在兩個相互作用的磁鐵之間放一片感光紙，感光紙能被感光嗎？
光子的傳遞產生吸引力，那電磁作用中的排斥力又是怎樣產生的？
問題由《科學世界》雜誌的讀者提出，優秀回答將刊登在雜誌上。

電磁相互作用中交換的是虛光子（virtual photon），而不是通常意義上的光子。包括虛光子在內的虛粒子出現在微擾的量子場論中，更多的是作為一種計算上的技巧，跟普通的粒子的其中一個重要區別是虛粒子不能在實驗上被真正地觀察到。因此磁鐵之間的感光紙是不能探測到虛光子的。

虛光子的交換不僅產生電磁相互作用中的吸引力，也產生排斥力。一個不嚴謹的類比是想像冰面上兩個原先靜止的人，其中一個向另一個拋出一個球，那麼由於動量守衡他自己就會向後退，第二個人接住球以後也會跟著球一起移動，於是在場外的觀察者看來兩個人就「互相排斥開了」。

光是電磁波，是電磁場的波動。平靜的電磁場不產生光子。所以要用且僅用磁鐵讓膠片感光，首先要讓磁鐵動起來。而且，光子的產生需要耗能，因此這個運動必須要發出能量，而不是吸收能量。

在醫院裡，有一種診斷設備叫MRI。它的本質就是一塊超級磁鐵。它的磁場強大到可以翻轉人體內氫原子核，也就是單獨的質子的磁矩。

打一個比方，質子好比是一根彈簧，強大的磁場讓質子從鬆弛態變到緊張態，然後，通過一系列射頻信號（也是電磁波，類似於手指施加一股輕微的力量，觸發扳機）讓特定的質子彈回鬆弛狀態，從緊張態到鬆弛態，質子的電磁場發生了變化，而且是耗能的變化，所以產生了電磁波（梯度回波信號）。

醫生就是用這個信號的強弱來描繪人體內部的形態，準確地說，人體內的氫原子丰度。這個信號，目前還沒有膠片能夠捕獲，是特定感測器捕獲的。膠片捕獲電磁波，只是利用了光催化的化學反應。化學反應的能級都是固定的，因此膠片能捕獲的光子的頻譜很窄。