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四个著名光学理论都不能合理解释固体透明体的透光现象

(2015-10-15 22:49:24)
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杂谈

四个著名光学理论都不能合理解释固体透明体的透光现象

作者 曾展刚

本文分三大部分:

一、现有的透光原理有明显缺陷

(一)现有的透光原理

透明体的定义:允许光通过的物体,称为透明体。(引于百度百科《透明体》)

透光原理:光线(子)和物质的相互作用有三种(1)光被反射(2)光被物质吸收(3)光透过物质。

而形成透明体的必要条件就是:它不吸收或者反射全部可见光。而产生这一效果原理就在于物质聚集态结构是各向同性还是各向异性。

物质聚集态结构如果是各向同性的话,光线就可以全部通过而没有全部反射或者吸收,即透明;反之,物质聚集态结构是各向异性的话,光线就不能全部通过而产生反射或者吸收,即不透明。(引于百度百科《透光原理》)

(二)现有的透光原理有明显缺陷

1、各向同性的非晶质既有透明也有不透明

各向同性指物体的物理、化学等方面的性质不会因方向的不同而有所变化的特性,即某一物体在不同的方向所测得的性能数值完全相同,亦称均质性。

物理性质不随量度方向变化的特性。即沿物体不同方向所测得的性能,显示出同样的数值。如所有的气体、液体(液晶除外)以及非晶质物体都显示各向同性。(引于百度百科《各向同性》)

非晶质:组成物质的原子或离子呈不规则排列,因而不具备格子构造的固态物质,如玻璃、塑料、由火山熔岩流快速冷凝(来不及结晶)而成的黑曜岩。(引于百度百科《非晶质》)

在非晶质中玻璃可以是透明的,塑料、黑曜岩可以是不透明的。

在均质体中,金刚石、欧泊既有透明也有不透明。

2、各向异性的晶体既有透明也有不透明

晶体的各向异性即沿晶格的不同方向,原子排列的周期性和疏密程度不尽相同,由此导致晶体在不同方向的物理化学特性也不同,这就是晶体的各向异性。(引于百度百科《各向异性》)

在各向异性的晶体中,蓝晶石可以是透明的,黄铁矿是不透明的。

在非均质体中,红宝石、橄榄石既有透明也有不透明。

二、四个著名光学理论都不能合理解释固体透明体的透光现象

(一)量子光学未能解释在由固体物质连续地组合的透明体中光却是间断地传递

量子光学是应用辐射的量子理论研究光辐射的产生、相干统计性质、传输、检测以及光与物质相互作用中的基础物理问题的一门学科。(引于百度百科《量子光学》)

量子光学以量子力学为基础,量子力学以普朗克常数为基础。

只有假定电磁波的发射和吸收不是连续的,而是一份一份地进行的,计算的结果才能和试验结果是相符。这样的一份能量叫做能量子,每一份能量子等于hνv为辐射电磁波的频率,h为一常量,叫为普朗克常数。(引于百度百科《普朗克常数》)

凭借观察经验,人们认为众多微粒(二氧化硅分子)连续不断地组成无裂纹的整块透明玻璃。在此玻璃中传递的光为何却是间断地传递的电磁波?

(二)光的粒子说无法解释在一定时期内被白光透过的固体透明体没有明显的受损痕迹

光的微粒说: 牛顿认为光是由一颗颗像小弹丸一样的机械微粒所组成的粒子流,发光物体接连不断地向周围空间发射高速直线飞行的光粒子流。(引于百度百科《光的微粒说》)

相似于水流可磨蚀石头,激光可切割物料的事实证明光子是微粒。同样,极高速运动的光粒子在透过固体透明体时应留下明显的损害痕迹。然而,在一定时期内(如十天)被白光透过的玻璃却没有明显的受损痕迹。

(三)光的波动说不能以介质运动的剧烈程度来解释介质的透光现象

光的波动说: 胡克认为光线在一个名为发光以太的介质中以波的形式四射,并且由于波并不受重力影响,假设光会在进入高密度介质时减速。(引于百度百科《光的波动说》

揭示了光的传递密切联系介质运动,却不能以介质运动的剧烈程度来解释介质的透光现象,这是光的波动说在应用上的缺陷:

1、在阳光照射下显现热电性质的电气石可以是透明的,而存在自由移动的电子的金属是不透明的。

2、与半透明的冰相比较,分子运动更剧烈的清水是透明的;与透明的清水相比较,分子运动更剧烈的水蒸汽只是半透明。

3、常温常压下,同样由碳组成的石墨和钻石没有显现它们内部微粒运动的剧烈程度有明显差异,石墨不透明而钻石可透明。虽然,在导热性能上钻石优于石墨、在导电性能上石墨优于钻石,但是,不能以这些差异来解释它们的透光性能差异。原因在于容易导电的氧化锌(N型半导体)是透明的而容易导热的金属是不透明的。

(四)有结构差异的同种固体物质出现明显的透光性能差异严重地打击着光的波粒二象性

光的波粒二象性(Wave-particle duality of light):爱因斯坦认为对于时间的平均值,光表现为波动;对于时间的瞬间值,光表现为粒子性。(引于百度百科《光的微粒说》)

Duality的含义是二元性。光的波粒二元性所指是能量波和物质的粒子。

星体在光明中相互吸引、时空弯曲不需要介质,光的波粒二象性中的“波”所指是独立于物质之外的能量,不同于光的波动说所指的介质(运动)。其应用上的缺陷是不能以介质传导能量的难易程度来解释介质的透光现象:

容易导电的氧化锌是透明的而容易导电的金属是不透明的;良导热的钻石可以是透明的而良导热的金属是不透明的;都难以导电和导热,黑色塑胶是不透明的而玻璃可以是透明的;难以导电和导热的玻璃可以是透明的而容易导电和导热的金属是不透明的。

常温常压下以同一的白光照射,钻石可透明而石墨不透明;将光源转换为有频率差异的各种单色光,依然是钻石可透明而石墨不透明。这个可长期存在的事实严重地打击着光的波粒二象性:

表面平滑的木板和表面有阻拦木条的木板虽然是相同材质,但是,由于结构不相同,在它们表面以相同初速滚动的球(由物质组成)就出现了能够和不能够越过它们表面的明显差异。

参考上例,都是由碳组成的钻石和石墨在结构上的差异影响它们出现能透光和不能透光的明显差异,这说明光子应由物质组成。

由于独立于物质之外的能量波具有绕过障碍的能力,因此,在相同温度和气压下,同种固体物质的结构差异不应产生阻碍能量波的明显差异,即有结构差异的同种固体物质不应出现明显的透光(波)性能差异。对于时间的平均值,独立于物质之外的能量波()尚且不能绕过同种固体物质的不同结构所形成的障碍,何谈在光的衍射中绕过不同种物质所形成的障碍?显然,光子不是独立于物质之外的能量波。

三、四个著名光学理论的精华和共同缺陷

(一)精华

量子光学:揭示电磁波的间断传递。

光的微粒说:明确光子由物质组成,揭示光在运动中有一定的连续性及其 “子弹般飞行模式”。

光的波动说:揭示光的传递密切联系电磁介质的运动以及光的另一种运动模式“电磁介质相互配合的接力传递模式”。

光的波粒二象性:在光的传递过程会发生物理变换。

(二)共同缺陷

固体透明体如同试金石,四个著名光学理论在解释与其相关的透光现象上都出现了各种各样的缺陷

0这个符号到西方时,曾经引起西方人的困惑。(其历史背景参考搜狗百科《0》)

在增量无穷小的情况下,被零困惑的代表人物之一牛顿错误地直接令其等于零从而解决问题。(参考百度百科《第二次数学危机》)

以数学语言描述物理是现代物理学的特点,如相对论、量子力学。人们采取一系列方法去修正引致第二次数学危机的错误,然而,受数学深刻影响的物理学却未有同步地纠正关联第二次数学危机的错误。

依据质量=体积×密度,质量与尺度并存。零质量而有对应的非零体积或零体积而有对应的非零质量都是不成立的。

这四个光学理论的创始人都是西方人,受到0的困惑,错误采用有质量而无体积的质点和有体积而无质量的真空,未能认识尺度是本质属性,缺失考虑光子的自身形状以及光在传递过程中发生的形变。

要合理解释固体透明体的透光现象,需要纠正这四个光学理论的偏差和融合其精华。

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