古斯－汉森位移是揭示光本性的判决性实

 耿 琦

1947 年实验工作者作了特细光束的全反射实验，很清晰地观测到了在玻璃-空气界面上全反射时，反射光线1′的位移现象，简如图1所示，命之曰：古斯-汉森（Goos-Hänchen）位移^［1］。这个细节的物理学价值十分重大，充分揭示了光子是带有微量负电荷的经典性质点。

图1.  全反射光线在介质界面区的位移

实验上所显示的反射光线1′与入射光线1并不联结，即不在费马原理证明反射定律成立时的几何光学所给出的反射光线（费马线1″）1″之位置上。真实的反射光线1′与入射光线1相距一个可视距离d．联结入射光线1与反射光线1′的一段弧线是双曲线一支上的弧线线段。这是因为光子的反射光线是由界面上的电子e对带负电光子的库仑斥力作用所形成的。也就是说，光子的所有反射现象，都是带有微量负电荷的经典性质点——光子在电子e的库仑斥力场内运动。从《理论力学》中可知：这时经典性质点——光子的轨迹是双曲线的一支，并且其机械能守恒及角动量守恒。双曲线的一支的寓意是反射角与入射角相等。机械能守恒的寓意是反射光子与入射光子的速率相同，均为光速常量c．角动量守恒的寓意是反射光子与入射光子必定在同一个平面之内运动，即反射光线1′位于入射光线1和界面法线所决定的平面之内。这就是反射定律的全部内容。

古斯-汉森（Goos-Hänchen）位移的实验公式为：

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在作者今年出版发行的新书《光及引力的新学说》^［2］中已经论证出：观测数据光频率ν的物理学主内涵是光子的质量m．所以，可以解释清楚上述实验公式。因为在经典力学中，受力质点的位移d与其所受之力f成正比，与其质量m成反比，而入射光子的波长λ与其频率ν是由光速常量c联系着的反比关系。于是，光子的频率ν既然与其质量m等价，所以光子反射后光线的位移d，必定是与其波长λ成正比。此外，光密介质玻璃的折射率n₂愈大，其组成原子的核正电荷Z值愈大，核外电子愈多。因此入射光子在反射过程中所受到的总作用力愈大，故位移d必定与n₂成正比。而入射角θ₁愈大随之反射角愈大，位移d的变化率愈小。所以位移d必定与θ₁成反变关系，并且不明显。显然，古斯－汉森位移的发现，才是证明光束是经典性带微量负电荷的质点流之判决性实验，其科学价值高于光电效应的发现。

参考文献

［1］         黄志洵．现代物理学研究新进展［M］．北京：国防工业出版社，2011，130

［2］         耿琦．光及引力的新学说［M］．西安：陕西人民教育出版社，2013，30