光是人类认识最早的事物之一，然而对于光的本性，直到今天人们尚未形成一致的观点、还在争论。当前物理学面临的各种困难与挑战、矛盾与困惑，或多或少都与光本性的认识有关 。

粒子模型光子存在结构的启示

尽管粒子物理学把光子定义为一种基本粒子，然而还是有人提出了光的光子模型和光波模型，这两类光的模型与许多实验事实相矛盾、是错误的。可以看出，这些模型的构建受到了正负电概念的深刻影响。细致观察光的一些特性，可以窥见光子存在结构的信息。

1.光子的频率与自旋

根据我们在宏观上获得的经验，将光子频率视为光子的转动频率是一个容易理解的方案。然而，对于各向同性(即没有极性)的粒子，我们是无法探测它的转动频率的，因此光子频率的存在，意味着光子是非各向同性的，即光子是有极性的，而极性又意味着结构的存在。因此，光子的频率特性给出了光子存在结构的暗示。

光子的自旋量子数为1。从2.2节可知，光子每转动1圈我们才看到相同的面(场)，即在转动方向上光子是360度对称结构。如果将光子理解为一个条形磁铁，这个磁铁水平放置且在水平面内转动，那么这个磁铁转动360度时，我们看到的将是同一个磁极。因此，从光子的自旋量子数，我们可以获得光子可能存在两个极的信息。

2.对普朗克“能量子”的推导

1900年，普朗克从适用于高频的维恩位移定律和适用于低频的瑞利-琼斯分布公式，拟合出了普朗克黑体辐射公式，该公式完全符合于实验。为了给出公式的解释，普朗克认为，产生电磁波的源可看成是“谐振子”，进而假设谐振子的振动能量(E_r)只可能取离散值，即E_r=nhv₀=nε₀ 。与此不同，1905年爱因斯坦假设电磁波(光)本身是量子化的，即光由粒子组成，这种粒子称为光子，光子的能量E_v=hv，进而给出了光电效应的解释。

实际上，谐振子的概念是普朗克为了理解他的黑体辐射公式而提出的，它未必是一种真实的存在，因为谐振子无法被直接观测。事实上，我们是通过观测谐振子发出的光子来间接理解它的。换言之，谐振子的能量E_r是通过它发出的光子的能量E_v反映出来的，可见E_r与E_v是完全等价的概念。于是有：

E_v=E_r=nε₀=hv (2-1)

上式中，ε₀不再是谐振子中的能量子，而应理解为光子中的能量子，可见光子的能量E_v是能量子ε₀的整数倍。换言之，一个光子是由若干能量子ε₀构成的，光子所含能量子的数量越多，光子的能量就越高，在真空中它的频率也越高。

上述推导出的光子中的能量子ε₀与系统相对论中的刚体态能量子e₀(即cn粒子)是完全等价的概念。由此我们获得光子是由更基本的粒子构成的启示。

粒子模型光子的管状体模型

如上所述，系统相对论构建的光子模型如下：

光子是由若干cn粒子通过叠加方式凝聚成的管状粒子，cn粒子是构成光子的基本单元，也是最小的光子。光子中的cn粒子按极性同向排列，cn粒子之间的耦合涡环(场环)如同一条条绳索将它们紧紧捆在一起。光子是轴对称结构，如图2-3中a所示。

光子的场结构如图2-3中b所示，光子的场是由内场、临界场和外场组成的三层结构。光子中，各cn粒子独立涡环的包络线围成的区域称作光子的内场，又称光子的本体。

在内场外侧，部分cn粒子之间耦合涡环的包络圆围成的区域，称作光子的临界场，这个包络球又称作光子体；相应地，将这个临界场的外边界称作光子的表面，临界场的半径r₀称作光子的半径。

在光子体的外部，弥散着所有cn粒子共同的耦合涡环，称作光子的外场，简称光子场。与cn粒子一样，光子也如同一个微小的磁体，它的场是具有一个阳极N和一个阴极S的极性场，又称双极场。

从单个cn粒子到若干cn粒子构成的光子，它们都具有管状体的结构，系统相对论称之为管状体粒子族。依据这个光子模型，我们可以更好地理解光子的横波、偏振等特性 。