幾束光交叉時，是否會相互影響？

嚴格的說，光子與光子之間有相互作用。

在經典的電磁理論中，光子與光子之間是沒有相互作用的，這一點可以從麥克斯韋方程組中看出。但是我們現在已經知道，麥克斯韋方程組並不是完全正確的，只是量子電動力學在低能下的近似。

實際上，高能光子打到一起是有可能發生反應的，那麼兩束光交叉會有可能發生哪些反應呢？

1、光子光子散射

最簡單的情況就是光子光子散射，就像兩個小球對撞彈開了一樣。但是說這是最簡單的情況其實不準確的，因爲根據量子電動力學，這種過程至少是四階的，用費曼圖表示就是：

光子光子散射費曼圖

在這個過程中，兩個光子通過中間的虛電子發生了相互作用。但是上面說了，這個過程是四階的，因此發生的機率是非常的小的。

2、光子光子生成正負電子對

實際最簡單的情況應該是光子光子生成正負電子對（也就是所謂的“能量生成質量”，當然實際上這句話是不嚴謹的，實際只是能量的表現形式發生了變化，從動量變成質量），費曼圖爲：

光子光子生成正負電子對

上一個過程中間有四條線，這個只有兩個，這個過程確實簡單一點，但是上一個過程對能量沒有要求， 或者說，任何的能量下都有可能發生，但是這個過程卻有能量閾值，考慮生成的兩個電子就是靜止的，那麼兩個光子的總能量至少要等於兩個電子靜質量對應的能量，用質能方程就能很容易的算出來：

其中

是電子的靜質量，

是入射光子的頻率，可以算出：

再通過

算出光子波長:

這是什麼概念呢？我們看一下光譜：

通過這個光譜，上面算出來的入射光子是屬於 gamma 射線級別的。那麼這樣的能量現在的激光能產生嗎？我找到了一張激光譜（Laser - Wikipedia）

激光光譜

我們主要看一下所能達到的最高能量：

最高能量的光子波長爲

左右，離 X 光還有一段距離，更不用說 gamma 射線了。也就是說目前的激光並不能通過交叉產生正負電子對。

（* 經評論區知友 @W 先生指正，有能做到更高能量的，請參考

https://microscopy-analysis.com/editorials/editorial-listings/x-ray-laser-boasts-shortest-wavelength-ever

當然，我們還有別的辦法，比如說通過加速器中的電子輻射或者對撞機裡產生的光子等，這個能量是非常容易達到的。那下面我們就假設我們能得到任意能量的光子。

3、光子光子生成強子

除了生成正負電子對，還能生成其它的物質嗎？顯然是可以的，只要給夠能量，這樣的過程可以生成任意的正反物質對，比如說夸克對。但是夸克和夸克之間除了電磁相互作用外（用量子電動力學描述），還有更強的相互作用，即強相互作用，用量子色動力學描述。強相互作用的性質使得在真空中夸克不能單獨出現，必須成雙（正負夸克對形成介子）或者三人行（三個夸克形成重子），也就是所謂的夸克禁閉。

那麼，如果兩個光子生成夸克，那考慮的就不是夸克了，而是由夸克構成的介子。這種情況下並不能生成一個重子，因爲一個正的重子完全由正夸克構成。但是介子可以是由相同的正負夸克對構成，滿足這樣條件的最輕的介子就是

介子，其質量爲：

這可比電子重多了，大約中了三個數量級！！！因此產生

介子就得需要更大的能量了，同樣的根據上面計算電子的計算，也可以得到此時光子的波長：

顯然波長也小了三個數量級。

那對於更重的質子或者中子或者其它強子，就得需要更大能量的光子了。

4、光子光子產生小宇宙

事情並不會這麼簡單的結束。在上面的說明中，光子只是產生一個正負電子對或者正負夸克對。但是如果兩束入射的光子的能量非常的高，遠遠的高出產生一個夸克對的能量，那麼這種情況下，一次光子的對撞，就會瞬間產生成千上萬的粒子對，這些粒子聚集在非常小的空間，有着非常高的能量，然後集聚的膨脹。這聽起來是不是非常宇宙大爆炸呢？

在膨脹的過程中，粒子逐漸冷卻，依靠各種相互作用逐漸聚集在一起，形成宏觀可見的物體。如果初始光子能量足夠的高，那麼這個過程產生的粒子足夠的多，最終冷卻下來以後就會形成星系，

大爆炸演化示意圖

噹噹噹，一個新的宇宙誕生了！！！

所以，上帝說，要有光！有了光，宇宙就誕生了！

上帝的光子光子對撞實驗

所以，各位，當你看到有個人拿着兩個手電筒交叉在一起的時候，像這樣，

造個小宇宙

千萬別笑，他只是想造一個小宇宙而已！

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