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也是人们从出生就感知世界信息方式。
它是世界万物生长变化过程不可缺少的作用因素。
光也是现代两大物理学理论的基础。
光速不变是爱因斯坦相对论的基础。
光量子是量子物理理论的基础。
但是量子理论与相对论又有格格不入的矛盾。
相对论的运动是连续性的,是确定关系的,而量子理论能量量子化,运动不确定符合统计规律。
而且微观运动具有波粒性。
虽然分子与所有物质结合都是电磁力,虽其作用粒子是光子,但光是什么?
是粒子还是纯能量的波至今纷争不定。
波与粒是什么关系呢?
是粒子为什么只有动质量?
光子从何而来?
光又怎么产生衍射和干涉呢?
所以光的本质将牵扯到物理理论的新发展前景。
虽然两种理论在一些方面都得到了人们的认可,但也存在很多问题,其质疑声也不断。
光的本质问题尤为重要。
自人们开启了对光的深入研究后,渐渐地认识到光与其它物理现象的密切关系。
在线性光学中人们知道了光的直线传播和在介质界面的折射及真空中恒速度和介质中速度减慢特性。
在波动光学中又发现了光的干涉和衍射及电磁特性。
后又在光电效应中又认识到光的波—粒二相性、光的量子性。
在非线性光学中人们又看到了光有混频性,光可以在非线性晶体中产生合频、差频、倍频和异常折射(e光)和强激光自陷性,强光致透明性。
光有如此之特殊的性质,那光到底是粒子还是能量波呢?
粒子与波是什么关系呢?
为什么光在介质界面才能产生折射呢?
为什么频率不一样的光折射率不一样?
为什么光的折射率与介质中光的传播速度有关呢?
并且是
。
光子是什么粒子,为什么不会静止呢?
而且没有静止质量?
光在真空中速度恒为光速c,为什么动量是
,能量
呢?
为什么正反电子湮灭会放出光子?
光子又从何而来呢?
等等。
以上问题至今人们并没有真正地作出合理的解释。
也许有人就说了,物理现象本就是物的客观表现,不需要问为什么。
然而这种说法是一种片面的认识论。
的确物质世界中物的变化过程表现是客观的。
但世界中的物质是多样的,它们有很多综合复杂的作用结果,不能机械地看问题,只有找到它们中的关联关系,才能真正地了解万物之关系和变化。
科学的发展就是在探索为什么中找答案发展起来的,才从中了解了事物的本质,才导出了最基本的客观特征关系,才能有正确指导性的物理理论,才能在应用方面得心应手。
所以探究物理世界中的“为什么”是非常必要的。
正确的理论必须是能涵盖宏观和微观的统一。
只有这样才能正确地不断发展物理学。
那就先从光的波—粒关系说起吧。
现代教科书中对光的波粒二相性说法不一。
主要说法是光子具有波,也就是光子周期地向外辐射波场,光子的能量是
,也就是说光子能量
与波频率
成正比,
是普朗克常数。
并且光子动量
也就是动量与波长有关。
为了解释光子动量问题同时避免与相对论质速关系的矛盾,又引入了光的相速与群速概念。
光的动量变化是光的相速变化。
所谓相速就是波的周期变化。
然而这种说法很难成立。
是什么使光波周期变化呢?
难道是光子的自旋或者是光子的内运动变化吗?
那光波的极性又如何得来呢?
为什么周期加快就要波长缩短呢?
这周期与光速又有什么关系呢?
如果光子有体积,它本就以光速运动,若再有自旋或内运动速度叠加光子的体运动必然超光速。
这种运动可能吗?
还有如果是光子自旋产生的波场,为什么周期加快能量高就要波长缩小呢?
并且是波长与波幅都同时减小。
如果认为是能量时空问题,那为什么不同频率的光,每秒运行的空间尺度是一样的呢?
这显然说明不是光子自旋产生的波场能量,并且不是能量与时空问题。
因为能量并没有引起时空变换。
那光波与光子到底是什么关系呢?
光波是一个波中有多个光子的几何排列的构形;
还是一个波内只有一个光子呢?
现在人们已明确知道光波是电磁波,它只是频率很高,波长在纳米级范围的电磁波。
由于光波,波长波幅很小所以不能在其波幅场中测量其电磁特性。
而通常的大波长电磁波,如米波以上的波长则很容易在波幅场中实验测量其电磁波的能量、场强、磁场、电场极性、周期特性。
在麦克斯韦(JamescherkMaxwell)方程中就可以清楚地看到电磁场中电场、磁场、波能量、动量、波传播行为及波衍射特性。
然而电磁波中的能量、动量都是在电磁波任意传播截面都可以测量到,特别是动量,它不是只存在于波传播运动的中心线上,而是在波幅区内每个任意截面上。
所以电磁波中的媒介子(光子)是分布在波幅内各个点上,而不是运行在传播线上。
并且动量与截面积成正比。
这充分说明不是一个光子具有波的全部能量和波形态。
事实上波的传播是行波,波幅的极性在空间运行中是不随时间而改变的。
我们所说的周期变化实际是波发生器发出的序列波,不断地按一定时间规律周期地变化。
运行中的波是保持这个规律不变极性地运行。
所谓电磁波的的示意表示,是空间中电磁波序列极性状况,而不是波在改变极性。
所以并非一个波中只有一个光子。
并且波长与能量不成线性关系。
而光波的能量与波长的关系是反映了波中光子的密度与光子的多少有关。
通常的电磁波是人们用电子元件、电路人为按时间来实现电磁波,波周期与能量无关。
而整个波场能量与波源能量有关。
波源是多电子同时运动做功的结果。
波的周期变化和波形,取决于波源提供的电流和电势变化及极性特征(波形特征)。
波长及频率并不取决于波源能量。
所以通常电磁波不存在
关系。
这也充分说明了电磁波能量与所谓光子的“波”,的波长或频率无关。
那为什么光却有
的关系呢?
这是因为光的产生与通常电磁波产生机制不一样所致。
所以光波与普通电磁波并无二样。
因为通常的电子元件和电路不能产生光频电磁波,而光的产生是原子、分子、核子中的带电粒子或电子运动反跳(运动电子的变轨或轨迹变化)而产生光频电磁波。
电子的反跳是一个量子在一段时间做功过程,不是连续的持续过程。
光波实际是一个量子能量时间段形态,也就是一个波长段正弦波包(波节)孤波包。
由于产生光束不是在单个粒子物质态,而是在多个粒子物质系统中,是多个分子、原子、核子的电子反跳完成,所以光束是由多个时间段多个波包组成。
形成连接波包序列。
由于反跳粒子轨道能量一样各个粒子反跳产生的波包一样,生成混合系列光束,所以才有了类似连续波,反映出波长与能量关系和波—粒性。
由于反跳电子的电量和质量有限而电子的运动速度是可以连续的,虽轨道能级有限但电子做功是连续的,这才表现出光能量与波长的连续性和量子常数性。
而实际是光波中有很多极化光子。
由于物质有分子空间结构,激发轨道方位不一样,一般光的电振面空间取向也不一样。
所以一般光都不是偏振光。
再由于核外电子运行位置有差别,反跳能量也不一样,因此光的频率也有差别,所以光频有一定的带宽。
对于所谓连续发光,并不是真正的不间断地激发反跳持续过程。
光不存在连续周期的电磁波。
只是一个波节和一个波节的间断组合体。
这是因为能量传递有时间有限性。
不能使能量超距传递。
光本就是电磁能量光速就是能量传递速度,能量传递有阻尼性(吸收与传递对抗),所以电子的反跳并非即刻完成,而是有一定时间段,因此才有了一个正弦波过程。
正是这样一个波包只能与一个电子反跳能量有关,所以才有了
的关系。
是普朗克常数,但也是媒介子极化能量(光子能量)。
是频率但实际反映的是波包中光子数。
它反映的是秒内等效当量量子,实际是在
秒内完成的极化光子数。
而实际每秒内发出的光线是由很多电子在不同时间点上的反跳发光的组合序列波。
也正是这样人们把一个波包误认为是一个光子,才有了光子有波的概念。
其实
不仅反映了波包光子数也反映了波长与能量传递变化关系,能量传递时长与波长成正比,能量传递速度就是光速,能量的增速与波包光子数成正比。
电子轨道能级越高反跳速度大,能级差大,放出能量越大作用时间短光子数却多,才有动量
这就是光与普通电磁波特性描述的差别。
实际上无论是光波或普通电磁波,其波中都是由极化媒介子组成。
媒介子传能速度就是光速,媒介子受能同时也传能,受能时间也是传能持续时间也是向空域传能距离,也就是波长与波幅空域距同等,波周期取决于能量作用时间段,而波中能量取决于向空域授能能量增量的大小,也就是波内极化媒介子密度,也就是波的电磁场强度。
因此无论是光波或普通电磁波,波幅都是由有序极化媒介子组合形成的空间运动着的群粒子构形,波的传播是行波。
光子没有波。
波是群粒子空间构象的描述。
所以光不存在什么相速。
波的周期相位变化是粒子极化事件发生时间过程。
不是速度概念。
还有一个说明光子没有波的证据就是恒定磁场。
人们都知道电磁作用就是光子,电与磁是光子的两个不同方面表现,也就是说光子运动不同空间方向上的表现,恒磁场可以说没有频率或频率趋于零,如果按光子能量频率关系
那不论场中有多少光子,如果每个光子都能量趋于零,那场能量也趋于零,供给场能量也是零,而事实当然不是这样,场强能量与电流量有关而与电源频率无关。
所以光只能群粒子群运动。
也正是这样光在介质中传播才能保证频率不变。
到此人们一定会问。
光波中那么多光子在真空中以光速运动,在介质中却变慢当转入真空又恢复原来速度呢?
并且波中那么多光子又从何而来呢?
为什么光子只有运动态和动质量?
光子能否静止呢?
的确,无论是光或普通电磁波及
射线和静电场、磁场中都是由电磁媒介子极化态形成。
并且不是一个光子态。
特别是静电场,在建立和撤去电场时场中都能测到动量,若场中只有一个光子,它要携带力作用到无穷远,同时又在场中任何地点测到,而且光子只能是光速,那它如何运动呢?
只能是一去不复返,显然这是不可能的。
况且一个光子也不可能产生指向性力作用,因为一个光子无法传力。
只有很多光子在作用物之间连接才能产生力作用。
我们都知道电子中并没有光子。
如果要认为能量就是光子,电子有电势能,若存在质能特性,那么电子将自己的电势能(电场势能)发出让光子离开电子,向无穷远处传能,那光子什么时候才能返回电子呢?
显然是无法返回的。
若真是如此,电子是质量应该减小,电子应该失去电能。
但这个现象根本就不存在。
所以电子中当然没有光子。
那为什么电子反跳就能产生光子呢?
其实真空中本就存在静止的媒介子(非极化媒介子),电子的运动和电子的电性传给了静止媒介子,媒介子的极化自体分离运动并接触媒介子再极化这样继续连接极化形成链才有了场力。
这就是电磁作用的光媒介子机理。
由于电子能量有限,根据能量守恒和能量由高向低传递原理。
在电子的所谓“自旋”作用下产生了一个有限球域电场。
而“自旋”实际是电子在一个半自体域内的来回摆动形成极化链的偏移旋转球形区。
由于摆动碰撞静止媒介子,产生极化媒介子连线形成“电场”。
也正是这种自旋摆动的自由随机性,才能正确地解释电子的自旋方向概率分布左、右各
,以及宇称对称性和角动量
。
这也是一切费米子的力场特征性。
极化媒介子在获能运动时就会有质量、动量。
如果在一定时间内,按一定规律向空间输送电能就会形成电磁波。
所以电磁波传播运动的参照系就是静止媒介子。
电磁波、光的产生是在某时刻能量传送给媒介子而媒介子发生极化传能态。
运动系中产生的光或电磁波不是被物运载,而是在连续改变产生光或电磁波的空间位置而已。
也正是这样任何运动都不会与光产生运动叠加。
再因为一切与电磁有关作用的力都由电磁媒介子传递,其作用速度就是光速c,这个速度既是光的速度也是媒介子极化作用的加速度。
所以光速不变。
光速是光子运动碰撞传递能量的特殊速度。
而碰撞过程远小于测不准范围。
所以迈克尔逊—莫雷(Michelson—Morley)实验没有测到光与其它运动叠加的原因。
(关于细节可以参看“相对论的错误与新理论”文章)也正是这个原因光才能在不同的介质中有不同的速度。
光在介质中传播实际是光波中的光子接触到原子中电子,电子在光电场中加速激发到高轨道反跳再次产生的二次光,次生光再次激发反跳产生二次光,直到最后传出物质。
正是在介质中再次的激发反跳增加了光在介质中渡越时间,光子出物后还按原来的运行方式运动。
光又恢复了原速。
也正是这样在介质界面次生波与入射波的叠加产生了折射,因此才有两个介质传播的速度比等于折射率。
事实上没有任何粒子在没有力的作用可以被加速。
光子不可能自己由慢变快。
所以光子直接穿越介质是不可能的。
由于光波在两种介质界面,因激发波时间差异,使波产生相位叠加,在波叠加场强最强方向就是波是传播方向这也是光的偏折方向,偏折是激发反跳延时所致,所以才有了偏折角与介质传播速度有关。
因此才有了正入射没有折射和全反射临界角。
正是因为光的传播在真空中是媒介子碰撞传播,在介质是再激发反跳再生成波的传播。
光虽在介质中变慢但频率不变,其实也可以把波包之间可以看成事件时间间隔。
如果认为光子是直接穿越介质,首先光子折射偏转力从何而来,变慢的光子又如何能变快?
物质中电子、核子数量按错位叠加排列密度是足以阻挡光子个的通过,并且透光与不透光不是由物质的密度来确定。
还有一些透光物质对光色的选择性也说明了不是光子直接穿越。
所以物质中的空间与宇宙空间一样都是充满了静止媒介子,同时存在的还有强力和弱力媒介子。
光在这个空间中传播速度都是一样的,就是光速c。
光在介质中只不过是将能量传给电子而后再激发反跳延迟了时间而已。
物质间的作用力也是媒介子的作用结果。
(可以参看“微观物态及特性”)。
光在晶体中产生双折射是因为晶体中晶格原子电子成键的键角不一样不同晶轴面原子中电子激发反跳时间不一样与入射波叠加差异产生叠加相位角不一样。
虽然入射的是一束光但光束截面大于晶格体,所以产生双折射。
也正是折射和反射是波叠加产生,使得折射和反射光产生部分偏振性。
也正是这样在非线性晶体中,由于光波正负半周在不同晶体面空间位置光的正负半个波包叠加偏折不一样产生了波包分离,再加上偏振,这样就形成了各自正负半周的非正弦波。
这就如同在导体中运行非正弦电磁波。
按傅里叶(BaronJeanBaptisteJosephFourier)原理非正弦波可以是有限个正弦波的合成。
所以产生了傅里叶效应,可以实现差频、混频、倍频、和频效应。
波是多光子系统,所以一个波包可以分出多种波成分。
一个波包不是一个单光子,单光子是无法可分的,根据能量守恒原理,一个低频光子不可能不输能成为倍频光子。
这充分说明了波是多光子系统。
也正是这样的系统中才有相同态的关联光子。
才能有光子的纠缠态。
这就如同一对正反电子只有同时产生运动方向一致,在同一空间形成极化体系共振态才能有纠缠和状态“叠加”。
所谓叠加态,并非两态并存,实际是相互状态的周期变化而已,只是共振周期过程在普朗克时间内
,而振动方向改变是即刻的,纠缠粒子连接体是由正反电子极化形成的媒介子链体。
一旦纠缠破坏(测量或干扰)正反电子各自按既定方向保持运动形成自旋,虽然它们运动方向一致,但电性相反所以磁场方向相反,也就形成了磁失方向相互非此即彼的状态。
运动的动力原因就是电子与媒介子占位争夺运动。
如果它们不是共振态它们就会相吸而湮灭。
如果不是在同一空间就不会纠缠。
因为要保证初始运动方向一致。
当然一旦纠缠它们可以在一定条件下远离并保持纠缠态。
光的纠缠也是这样。
而光子纠缠是两对纠缠电子的并联态,反应在光子电振面的摆动上。
光的纠缠如同多电子的共同纠缠,因为真空各向同性,光子本就是一对正反电子的极化共振态,所以它可以在光的电振极性、电振面方向和自旋角动量上都可形成纠缠态,这些关联都是媒介子链形成。
在三维空间中媒介子链各个方向上都是等效的。
那通常电磁波又是怎样通过介质的呢?
我们都知道原子中电子在电磁作用下电子会偏离轨道产生电中心偏移,而出现介质电极化,这个极化会极化介质外媒介子。
就这样完成了“通过”介质的电磁波。
如果介质是良导体或导磁体,会因极化介质产生介质内极化电势形成电流生成电磁场,并与入射电磁波叠加,形成介质界面后场强为零,而界面前场强增强,形成所谓反射,也就是不通过,或通过量很弱。
光实际就是有序群粒子的运动空间构形。
所谓“波”是人们为了描述一种物理形态的周期重复特性的物质能量结合体,的形象化比喻。
人们为了更为形象化一般用水波来比喻。
但实际各种类型的波的能量作用特性却大相径庭。
除了波的周期性、重复性和正弦性外,其它特性完全不一样。
如:
弹性波是质点一维周期往复运动,只是质点运动周期时间点上其加速度不一样。
而流体的波,是由于引力与惯性力的运动能量相互转换质点的碰撞组成周期性的挤压造成万有引力势能与惯性动能转换运动而形成的波。
所以流体的波在体内是纵波(指动、势能方向),而在介质界面则表现为横波(这是因为势能动能互换表现液面抬升是动能转为势能)。
在空气中的波表现为纵波。
然而这些波的运动并非质点或分子的穿越介质运动,都是质点或分子的碰撞传能运动。
而电磁波、光波、x射线、γ射线则是横波,它们的波振面表现为电性和磁性,波的形成是电磁媒介子受能极化是电磁引力与惯性力(光子的动质量)相互转换的结果。
而波形可以是正弦波也可以是非正弦波,周期重复时间可以不等。
波与波的叠加性并非所谓纯能量。
能量是人们为了描述物理中各种物质具有的物理作用特性的一种特指抽象概念。
实际能量总是与物质相随,没有纯能量说法。
有能必有物,有物不一定有能。
媒介子是一种物,但它可以是有能态也可以是无能态,它绝对静止时就是无能态。
它的绝对静止就是相对光速c为零。
电磁波中光子运动就是相对静止媒介子运动速度为c。
正是这样电磁波、光波中的每个粒子都有能量,所以波中每个粒子都能独立传播能量,因此波的衍射自然成立。
由于波运动是粒子碰撞传递能量所以在波的干涉时有叠加能量为零区就有另一个非零区,由于能量守恒波不会无缘消失。
事实上任何波都有其介质,电磁波是由电磁媒介子组成,流体中的波就是流体本身。
所以光的波—粒二相性是非常清楚了。
那光速为什么不变呢?
事实上每一种波在其相应介质中传播的速度都与波源运动无关。
波是用来描述物质受能特殊运动物理特性过程形式。
波是因介质特性而定,除非将整个介质系统运动,才能与外参照系发生速度叠加。
宇宙本就是媒介子海,在海中光运动的参照物,就是参照媒介子状态。
由于力的作用依赖媒介子,自然光速为限也是力的作用限,除非站在另一个宇宙中看此宇宙光速就不一定是上限了。
通过以上对光特性的了解,可以明确地认识到光的波粒二相性的本质。
也知道了光是什么。
它就是空间或俗称的“真空”中的静止媒介子受能极化态的表现。
因此也完全说明了真空不空。
真空中不但充满了电磁媒介子还有强力、弱力媒介子,由于各种媒介子的大小不一样而且悬殊很大,在空间分布的空域层次也不一样,再因力的作用属性不一样,就造成了属性作用力的分布区域差异,使得电磁作用力可以达到无穷远,而强力、弱力只能在很小的范围内发生作用。
这也是夸克被“囚禁”的原因。
因此在宏观物质结构作用力都是电磁力。
只有在原子核中才有强力作用,在亚核中才有弱力作用。
事实上在整个宇宙中都充满了媒介子。
正是有了媒介子才有了量子涨落、测不准原理、粒子纠缠、粒子自旋的特殊粒子行为。
媒介子属于玻色子它弥漫于整个宇宙空间。
当费米子出现,费米子属性力作用将争夺占位而使得媒介子分离极化,极化分离运动会碰撞其它媒介子极化形成极化链线而成为属性力作用场(如:
电子的电场、核子的强力场。
)。
如果粒子发生运动,由于受光速限制场的自旋与外运动叠加
这时自旋运动范围将减小也就是场减小,正是这样物质波将随粒子速度增加而波长减小。
德布罗意物质波,波长
同样波函数也是如此自变量是粒子速度、能量、动量有关。
核外电子云定态波函数计算是一个球域,而实际是一个水滴形。
这反映了电子运动是变速的,是连续的,近核时速度高并且方向是向核来回振动的。
实际上场、自旋、纠缠、波函数、物质波本质都来自于粒子与媒介子的极化。
媒介子静止态是零能量不显示质量和属性态,但运动就有质量动量,但在属性力的作用下便显示出各种粒子特征。
其实一切粒子在绝对静止态都没有质量,只是一切费米子在微观上都是运动态,因此才有质量。
所以媒介子应该是正反粒子的湮灭体。
同属性的媒介子只能与同属性的粒子发生作用,作用力的力程差别就是属性媒介子分布区域性的表现。
虽然各种媒介子属性有区别,但运动特征属性的质量、动量却是共同的,所以运动传能转移属性能量是可以的。
物质可以通过湮灭—产生转换各种粒子能量与物质的变换。
所以在弱力作用一些量子数不守恒。
但系统能量守恒。
所以弱力作用一些量子数不守恒也是正常必然的情况。
这就有了弱作用能转移到强力、电磁力粒子的生成。
由于电子质量轻,再因电子湮灭伴随着弱作用,所以认为弱电作用是一类,其实弱与电作用完全不是一类。
如果弱、电作用是同类就能相互发生作用,中微子根本就不能穿越物质。
正是各种这样的能量转换,在“真空”近绝对零点温度时受能时会出现强力作用现象,如同核反应,称之所谓的空间零点能。
以上事实充分说明了媒介子在空间存在的理由。
“真空”是媒介子的填充态。
正是这样相对论自然就出现问题了。
相对论建立的基础就是真空不存在物质。
光不需要媒介子,光运动不需要参照物也没有绝对参照物。
物质的运动是相对的。
空间是随能量、运动缩胀的并且时间与空间是成反比关系。
也就是空间缩小时间膨胀。
能量大的空间尺度缩小时间膨胀(减慢),这当然与空间中存在媒介子实际不符。
其理论也与媒介子理论是格格不入的。
还有,相对论认为高速运动的不稳定粒子衰变变慢是时间变慢。
那光是以光速运动,光中的时间将慢到不变,也就是时间为零,“钟”不走,那光中光子如何发出频率的波呢?
时间为零也就是没有没有时间又如何能事件发生与终结呢?
光以光速运动那么空间也会缩小到零,那光怎么还有波长呢?
如果时空会弯曲,那么有两条有一定距离的光同方向射出让它们交汇相遇,它们应该合并而不分离地运行。
然而事实根本就没有此现象。
这些已充分说明了相对论概念不成立。
首先是没有所谓的四维时空。
其次是物质有最小基本量即:
量子性,与狭义相对论的质速、质能、尺缩是完全矛盾的。
并且相对论与牛顿经典速度叠加是根本不相容的。
因为光运动是物态能量的转换传播过程,不存在光与运动物的速度叠加,运动物受光速所限是因为运动传力速度受限,不是物质运动质量增加所致。
光的速度是以真空中静止媒介子为参照,一切力的传递速度也因此而定。
如果按质速关系来解释,运动叠加力的作用速度必须是无穷快(超距作用)。
只有这样才能保证运动系中作用力不变。
然而根本没有那个能量是这样。
这与相对论本身就是自相矛盾的。
那人们一定会问这些年来在粒子加速器中的粒子运动状况,还有考夫曼的实验不是都证实了质速关系吗。
还有物质湮灭的能量
在广义相对论上,有水星近日点进动,引力
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- 物理