在科普的道路上，你不可避免地會遇到光子和電子等微觀粒子，而兩者或許又是最常見的微觀粒子。光子在我們身邊無處不在，而電子是組成原子不可或缺的結(jié)構(gòu)組成，萬事萬物都是由原子構(gòu)成的，弄清楚光子和電子的本質(zhì)成為必然。

光子和電子都是最基本的微觀粒子，她們都是不可再分的，那么光子和電子到底是什么，兩者之間又有什么關(guān)系？

我們經(jīng)常會聽到這種說法：光子和電子可以相互轉(zhuǎn)換。事實上這種說法并不嚴謹，很容易誤導(dǎo)大眾。

首先，光子和電子都非常小，其中電子是微觀粒子中第二小的粒子，僅僅比中微子大。我們不能看到電子，當然也看不到單個的光子，只能看到光，說簡單點，光子是能量的載體，或者說光其實就是能量。

下面來具體分析下光子和電子到底有什么特性，兩者有什么關(guān)系。

光子到底是粒子還是波？在近現(xiàn)代物理學(xué)發(fā)展過程中一直爭議很大，一開始科學(xué)家普遍認為光是一種波。但愛因斯坦發(fā)現(xiàn)的光電效應(yīng)讓我們明白光也是一種粒子，所以光具有波粒二象性。

從量子力學(xué)的角度來講看，由于能量是不連續(xù)的，光子其實就是一份份的能量，光子就是“光量子”的簡稱。光子雖然具有粒子的特性，但嚴格來講她并不是一個像電子那樣具體的粒子，更像傳播基本作用力的“膠子”，是電磁力的傳播子。

目前科學(xué)家的普遍結(jié)論是，光子是沒有質(zhì)量的（靜質(zhì)量），或者說光子的靜止質(zhì)量為零，而且光子一生下來就以光速飛行，沒有任何加速過程。雖然沒有靜質(zhì)量，但光子具有“動質(zhì)量”，因為愛因斯坦的相對論表明能量和質(zhì)量其實是一回事。

這里需要說明一點，我們經(jīng)常所說的光速其實并不是指光子的速度，相對論中的光速當然也不是光子的速度，光速c是一個常數(shù)，是時空的內(nèi)在秉性，只與真空的磁導(dǎo)率和介電常數(shù)有關(guān)。具體來講，光速是引力波的速度（時空波紋的速度），是四維時空的固有屬性。

電子與光子有很大的不同，電子是客觀存在的具體粒子，一種基本物質(zhì)粒子。

我們都知道，原子由原子核和電子組成，電子在原子核周圍高速運動（其實是電子云形式隨機出現(xiàn)）。電子是不可再分的基本粒子，起碼目前是這樣。

很多人會把原子結(jié)構(gòu)想象成太陽系那樣的宏觀結(jié)構(gòu)，電子圍繞著原子核運行，八大行星圍繞著太陽運行，看起來十分相似。但其實并不是這樣的，兩者有本質(zhì)的區(qū)別。

拿結(jié)構(gòu)最簡單的氫原子來說明一下。氫原子由一個質(zhì)子和一個電子組成，電子在靜電引力作用下圍繞質(zhì)子運行。但需要注意的是，電子的運動軌跡并不像地球圍繞太陽運行那樣的橢圓或者圓形，電子的運行軌跡是隨機的，隨機地出現(xiàn)在質(zhì)子的周圍，也就是所謂的“電子云”。

對于更復(fù)雜的原子來講，電子出現(xiàn)的概率區(qū)域取決于電子所處的能級大小。按照泡利不相容原理的詮釋，單個電子軌道最多只能容納兩個電子，同時這兩個電子的自旋方向必須是相反的。

為何電子不像太陽系八大行星那樣圍繞太陽運行有規(guī)律地圍繞原子核運行，而是非常隨機地出現(xiàn)在原子核周圍呢？

這是一個很好的問題。

原因其實并不復(fù)雜。電子一直在不斷地吸收釋放能量，從來沒有停止過。電子質(zhì)量非常小，大約9.109×10?31千克。盡管質(zhì)量非常小，不過當電子在原子核外高速運動時，電場偏轉(zhuǎn)會釋放能量，這種能量就以光子的形式對外輻射。對外輻射能量，電子的能量就會較少，軌道會降低靠近基態(tài)。

相反，如果電子吸收能量（光子），電子的軌道就會躍遷到更能級，從基態(tài)到激發(fā)態(tài)。如果吸收的能量越多，躍遷的軌道就越靠外，到了一定程度電子就會完全脫離原子核束縛，成為自由電子。

以上就是電子和光子的聯(lián)系和區(qū)別。

下面來說說光電效應(yīng)。

任何物體吸收到光，就相當于獲得了能量，其中一部分能量會被電子吸收。電子吸收能量之后會躍遷到更高的能量，但除非電子吸收足夠多的能量擺脫原子核束縛，否則電子還是會釋放出光子重新回到自己原有的軌道（基態(tài)），因為電子總是傾向于更穩(wěn)定的狀態(tài)，也就是基態(tài)。如果位于最外層的電子獲得足夠多的能量，電子就會擺脫原子核束縛，成為自由電子。

舉個宏觀的例子，處于山谷中的石頭就相當于一種基態(tài)（穩(wěn)定的狀態(tài)），石頭總是傾向于處在山谷中，如果有外部能量把石頭搬到山坡或山頂（比如說你把石頭搬到山坡或山頂），石頭總是會滾落到山谷，回到自己原來的位置（基態(tài)）。

所以說，光電效應(yīng)并不是說光子可以轉(zhuǎn)換成電子，而是說當電子吸收一定能量的光子之后，自己變成了自由電子，也就能產(chǎn)生電流。

通俗地講，光子其實是由物質(zhì)（基本上都是光子）的運動產(chǎn)生的，電子在發(fā)生躍遷的過程中釋放或者吸收能量（光子）。在釋放或者吸收光子的過程中，物質(zhì)的質(zhì)量也會隨之發(fā)生變化，這也是愛因斯坦質(zhì)能方程的一種體現(xiàn)，質(zhì)量和能量本來就是一回事，而能量是更本質(zhì)的東西。

最后說一點，電子確實可以“變成”光子，有兩種方式。第一，衰變，不過電子衰變的過程極其漫長，科學(xué)家們計算出電子的說明可以達到6.6×102?年。第二，與正電子相撞發(fā)生湮滅，在恒星核心發(fā)生核聚變的過程中，經(jīng)常出現(xiàn)這種情況！