光子(photon)和電子(electron)的區別

光子和電子的關鍵區別在於光子是一個能量包，而電子是一個質量。

電子是一種亞原子粒子，在幾乎所有事情中都起著至關重要的作用。光子是一種概念性的能量包，在量子力學中非常重要。電子和光子是隨著量子力學的發展而迅速發展起來的兩個概念。正確理解這些概念，正確理解量子力學、經典力學及相關領域是至關重要的。

什麼是光子(photon)？

光子是我們在波力學中討論的一個話題。在量子理論中，我們可以觀察到波也有粒子性質。光子是波的粒子。它是一個固定的能量，只取決於波的頻率。我們可以通過方程E=hf給出光子的能量，其中E是光子的能量，h是普朗克常數，f是波的頻率。

圖01：光子作為電磁輻射的運動

我們可以把光子看作是能量包。隨著相對論的發展，科學家發現波也有質量。這是因為波在與物質的相互作用中表現為粒子。然而，光子的靜止質量為零。當光子以光速運動時，它的相對論質量為E/C2，其中E是光子的能量，C是真空中的光速。

什麼是電子(electron)？

原子由一個帶正電荷的原子核組成，它幾乎包含了圍繞原子核運行的所有質量和電子。這些電子帶負電荷，與原子核相比，它們的質量很小。一個電子的靜止質量為9.11×10-31千克。

電子屬於亞原子粒子族費米子。此外，它們還有半個整數值作為自旋。自旋是描述電子角動量的性質。經典的電子理論把電子描述成圍繞原子核運行的粒子。然而，隨著量子力學的發展，我們可以看到電子也可以表現為波。

圖02：氫原子中的電子（紅色）和原子核（藍色）

此外，電子有特定的能級。現在，我們可以把電子的軌道定義為，在原子核周圍找到電子的概率函數。科學家得出結論，電子既有波又有粒子的行為。當我們考慮一個行波電子時，波的某些性質比粒子的性質更為突出。當我們考慮相互作用時，粒子的性質比波的性質更為突出。電子的電荷為-1.602x10-19c。這是任何系統所能獲得的最小電荷量。此外，所有其他電荷都是電子單位電荷的乘法。