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構組成，萬事萬物都是由原子構成的，弄清楚光子和電子的本質成為必然。

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系？

我們經常會聽到這種說法：光子和電子可以相互轉換。事實上這種說法并不嚴謹，很容易誤導大眾。

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，兩者有什么關系。

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

從量子力學的角度來講看，由于能量是不連續的，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。

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

這里需要說明一點，我們經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，是時空的內在秉性，只與真空的磁導率和介電常數有關。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）。電子是不可再分的基本粒子，起碼目前是這樣。

很多人會把原子結構想象成太陽系那樣的宏觀結構，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，兩者有本質的區別。

拿結構最簡單的氫原子來說明一下。氫原子由一個質子和一個電子組成，電子在靜電引力作用下圍繞質子運行。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，隨機地出現在質子的周圍，也就是所謂的“電子云”。

對于更復雜的原子來講，電子出現的概率區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律地圍繞原子核運行，而是非常隨機地出現在原子核周圍呢？

這是一個很好的問題。

原因其實并不復雜。電子一直在不斷地吸收釋放能量，從來沒有停止過。電子質量非常小，大約9.109×10?31千克。盡管質量非常小，不過當電子在原子核外高速運動時，電場偏轉會釋放能量，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。

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，從基態到激發態。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系和區別。

下面來說說光電效應。

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），因為電子總是傾向于更穩定的狀態，也就是基態。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（穩定的狀態），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）。

所以說，光電效應并不是說光子可以轉換成電子，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，也就能產生電流。

通俗地講，光子其實是由物質（基本上都是光子）的運動產生的，電子在發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，物質的質量也會隨之發生變化，這也是愛因斯坦質能方程的一種體現，質量和能量本來就是一回事，而能量是更本質的東西。

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，與正電子相撞發生湮滅，在恒星核心發生核聚變的過程中，經常出現這種情況！