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但以理物理研究院_叶建敏
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16.2.1光电磁波因能量高、波长短而有“粒子性”,但不是粒子

(2016-12-02 14:33:20)
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16.2.1光电磁波因能量高、波长短而有“粒子性”,但不是粒子

但以理(中国)物理研究院    叶建敏温州

DANIEL ABRAHAM325000

 

 

目的:通过论文使我们明白:“粒子性”与粒子是两个物理概念,犹如“波动性”与波是两个物理概念一样;“光粒子学说”与光是电磁波在本质上矛盾的,又是粒子流、又是电磁波的运动是不存在的;切伦科夫效应”、“干涉实验”都能证明光电磁波的非粒子本质。

 

关键词:波、波动性、粒子、粒子性、电磁波、波粒二象性、切伦科夫效应、费米子、玻色子、真空的磁导率、真空的介电系数、

 

引言:在物理历史上,亚里士多德(公元前384-公元前322)根据感性认识与经验发现羽毛等轻物质比重物质落地要慢,而没有想到空气的阻力作用,就在头脑里做着“思想实验”得出“重物先落地”的结论。上千年来,无数人做着与亚里士多德同样杰出的“思想实验”并结合日常观察经验,同样得出“重物先落地”的结论。

 

牛顿1643-1727提出万有引力定律,卡文迪许(1731-1810)根据其定律而仅仅在地球表面重力场中测量得到“万有引力系数”、而后人并没有到外太空或重力场不同的物理环境中反复测量得到不同“万有引力系数”结果的前提下,就将“万有引力系数”推广到全宇宙、“系数”变“常数”。

 

爱因斯坦1879-1955依据普朗克的量子理论,把能量一份份传播的光电磁波因能量高、波长短而具有的“粒子性”理解成是粒子、把光电磁波说成是粒子流,把光电磁波的波本质、粒子现象说成又是粒子又是波来解释“光电效应”,其实就成了“波粒二相性”,而不是“波粒二象性”了。

 

M-M迈克尔孙-莫雷)实验”仅仅在地面静止实验室系里得出几乎是“零结果”,而没有在地面快速移动系或地球异步卫星上做实验,很多人都不做逻辑分析与可能存在情况的归纳就大喊“相对性原理”成立。这种在认识论、方法论上的问题,再伟大的结论都是错误的。

 

这四类人都犯了一个共同的物理错误就是对自己所处的物理环境与测量环境想当然的默认或忽略了、或提出的新理论看似能解释新现象而新理论与物理前提矛盾的地方却无法发现;亚里士多德忘记与忽略自己时刻在呼吸有质量而会产生阻力的空气,牛顿忘记与忽略自己是生活在一个有重力场的大质量天体行星的表面上,爱因斯坦的“波粒二相性”而没能力发现“光粒子学说”与光是电磁波在物理上的矛盾。

 

这样的理论修养与粗心,再杰出的“思想实验”都是烂实验;伽利略1564-1642只做了一个简单的物理实验就证明了“重物先落地”只是个愚蠢的笑话与错误的结论,更何况他还没做物理实验之前就用逻辑方法证明了“重物先落地”的错误。

 

一、爱因斯坦的波粒二相性”学说与光是电磁波在本质上的矛盾

 

1.1 光电磁波的“粒子性”与“波粒二象性”的物理学历史

 

17世纪,以牛顿1643-1727为代表的物理学家认为光是一种粒子、光就是“粒子流”。这种学说认为光由光源发出的微粒、它从光源沿直线行进至被照物,因此可以想像为一束由发光体射向被照物的高速微粒。这学说很直观地解释了光的直进及反射折射等现象,曾被普遍接受;直到19世纪初光的干涉等现象发现后,才被“波动说”占据上风。

 

而与牛顿同时代的荷兰人惠更斯(1629-1695),第一位提出光的“波动说”;他在17世纪创立了光的“波动学说”、与光的“微粒学说”相对立。他认为光是一种波动,由发光体引起,和声一样依靠媒质来传播;这种学说直到19世纪初,当光的干涉和衍射现象被发现后才得到广泛承认。

 

而到了19世纪后期,在电磁学的发展中又确定了光实际上是一种电磁波;说明光在本质上是电磁波的理论,最早由麦克斯韦1831-1879的电磁理论提出、由赫兹(1857-1894)的实验所证明的。光就是电磁辐射,所以就有反射、折射以及偏振之性质。同时,麦克斯韦的理论研究表明,空间电磁场能量是以光速传播。

 

1888年德国物理学家赫兹用实验证明了电磁波的存在,从此奠定了光的电磁理论;这一理论能够说明光的传播、干涉、衍射、散射、偏振等许多现象。所以,麦克斯韦得出结论,光是一种电磁现象,光电磁波的频率不同、光的颜色就不一样。

 

所以,光电磁波因能量高、波长短而在电磁辐射传播中有“粒子性(但不是粒子)”、即有波粒二象性,“粒子性”与粒子是两个物理概念;这样就可以很好的解释光的传播、干涉、衍射、散射、偏振、磁光效应、量子性、光电效应、康普顿散射等一切光物理的本质与现象,而无矛盾。

 

所以,“光粒子学说”错误,因它与光是电磁波在物理上矛盾;但在普朗克(1858-1947)提出量子理论、爱因斯坦在1905年解释“光电效应”时又错误地认为光电磁波是量子化的粒子流,这就等于又把光说成是粒子而在运动中有波动性了,这就又与光是电磁波因能量高、波长短而在电磁辐射传播中有“粒子性”的波粒二象性矛盾了、本质上又否定了光是电磁波。(原因)

 

接着,德布罗意(1892-1987)提出粒子物质波的“波粒二象性”理论,把本属于费米子运动中有波动性的“波粒二象性”与光电磁波的“粒子性”给完全混淆在一起了;而2个有错误的理论彼此呼应而又都获得了物理学大奖。

 

就这样,把光电磁波有“粒子性”说成是光子在运动中有波动性(与费米子的“波粒二象性”了,实际与光是电磁波已经矛盾)的光粒子理论越走越远了,而后人不知道爱因斯坦的光子理论与光是电磁波的矛盾,但又说光是电磁波,那光电磁波就成了是光粒子波动的电磁波,其实就是波粒二相性”了,根本就不是“波粒二象性”了。

 

1.2 爱因斯坦的波粒二相性”学说与光是电磁波在本质上的矛盾

 

“波粒二象性”是粒子物质波理论,理论的前提是用来描述费米子粒子运动的、粒子运动中表现出“波动性”现象,所以称为“波粒二象性”。因此,“波粒二象性”不是“波粒二相性”,“波粒二象性”中的粒子不是波,仅表现有“波动性”而已,即粒子是本质,波动性是表现。

 

所以,费米子粒子运动的“波粒二象性”与光电磁波的波是本质而“粒子性”是表现有严格的区别;光电磁波因能量高、波长短而有“粒子性”(犹如微波本身就是波,因波长短而有“粒子性”,但绝不是粒子),而不是光粒子在运动中而有波动性。

 

“粒子性”与粒子是两个物理概念,犹如“波动性”与波是两个物理概念一样;爱因斯坦的“光子学说”本质不是“光电磁波学说”、不是波长很短电磁波的波粒二象性”学说,而是波粒二相性”学说。

 

虽然爱因斯坦的光波粒二相性”学说可以解释光电效应、康普顿散射等物理现象,但有关光的折射、干涉、偏振、磁光效应等只有光是电磁波的波动与“粒子性”才可以解释,而波粒二相性就无法解释;只有光电磁波的波动与“粒子性”的“波粒二象性”才可以解释光电效应、康普顿散射等一切光物理。

 

因此,费米子的“波粒二象性”与光电磁波的“波粒二象性”无论在波动性与粒子性上都有本质区别的;费米子的粒子性表现在费米子之间会碰撞,而光电磁波的粒子性表现在电磁波之间不碰撞而是叠加;费米子的波动性表现在费米子之间的干涉是粒子几率波的结果,而电磁波的波动性表现在电磁波之间的干涉是波的叠加结果。

 

同样,费米子的“波粒二象性”与光电磁波的“波粒二象性”在康普顿散射中光电磁波的粒子性表现同样是电磁波波长变长的波动性结果,而光电磁波在宏观微观中的粒子性与波动性都是光是波长很短电磁波的结果,即光的粒子性的宏微观本质都可以用电磁波来解释,而用爱因斯坦的“光粒子学说”解释不了。

 

所以,光是波长很短而有“粒子性”的电磁波,是光源激发基态电磁场而能量一份份量子化传递的物理,而不是爱因斯坦的从光源发出的能量一份份量子化传递的(电磁场)粒子。这样,对于光的动静质量的解释就更加清晰了,光的静质量就是零、就是无激发的基态电磁场,光的动质量就是被激发的电磁场里的电磁波;而不是去思考解释爱因斯坦的光球静质量为什么是零、为什么一发出就是光速、为什么从低速的介质里一出来又达到光速等问题。最大的谬理暗鬼总是隐藏在最细微处,所以只能在细微之处辨见真理。

 

因此,光是光源周围基态电磁场被光源“激发”而产生的能量一份份量子化传递的电磁波;犹如声源振动而产生声波一样、有无声波而气体一直就存在波源周围,而不是波源发射出声子而产生声波。光源激发电磁场而损失能量,物接吸收电磁波而能量增加。

 

而爱因斯坦在1905年提出“狭义相对论”与“光电效应”时说“以太是没必要存在的”,就同样与他的不需要传播媒介的光粒子学说有关;在M-M迈克尔孙-莫雷)实验”在地面静止实验室系里得出几乎是“零结果”后,当时科学界不知道什么是以太的情况下只能得出2种结论:以太要么与地球一起运动,要么以太不存在。而光行差现象等表明以太要么不会被拖拽,要么以太不存在,至于以太部分被拖拽,在不知道以太是什么或有无的情况下,那只能取所有现象结论的共同点就是以太不存在。

 

因此,爱因斯坦提出他的光量子学说只能是不需要以太(传播媒介)的光粒子学说、万有引力场就是物体发出“万有引力子”运动的结果,即场都是场源发出的;不然,就与他的“狭义相对论”矛盾、与他认为的所有寻找以太的实验矛盾。这些看似天衣无缝的完美,其实是二选一的结论上做出最愚蠢的选择。

 

二、切伦科夫效应”、“干涉实验”证明光电磁波的非粒子本质

 

2.1  又是粒子流、又是电磁波的波粒二相性运动是不存在的

 

光是电磁波因波长短、能量高而有“粒子性”,波动是本质;而爱因斯坦的波粒二相性”把光说成波动与粒子都是本质了,加上“光子”、“玻色子”这些名字有误导性,更让“波粒二相性”存在百年都没有被发现与“波粒二象性”的差异。

 

波粒二相性不但无法解释光在3维空间里两两正交并相互生成而运动的现象,连光的半波损失与穿透介质后的光速立刻恢复到真空中的光速等现象都无法解释。反之,承认光电磁波的波动是本质、“粒子性”是表现,一切光物理现象都很好的得到解释,包括“光电效应”与康普顿散射等。

 

所以,光是被光源激发的方向性比较好、能量高而波长短的电磁场运动,波动是本质、“粒子性”是表现,速度与电磁场基态的磁导率、介电系数有关;而现代物理学仍错误地认为光是光源发出来的光粒子束而形成的电磁场、不需要传播媒介,这种错误就会导致光速与电磁场基态的磁导率、介电系数无关了,光速成了强行规定的速度上限;宇宙是极其经济的,这种错误其实还会导致“相对论效应”与“相对时空”失去了物理根据,“波粒二相性”与“相对论”矛盾

 

2.2 切伦科夫效应”、“干涉实验”证明光电磁波的非粒子本质

 

若光是“波粒二相性”的光粒子,那么在“双缝干涉”实验中的光屏上就不会形成明暗相间的条纹,而是一片明亮;而只有波是本质、“粒子性”是表现的才会出现明暗相间的条纹。

 

同样,“切伦科夫效应”是判断物质运动为“粒子流”还是“电磁波”的依据。譬如,以水为介质,判断一物质运动为“粒子流”还是“电磁波”的依据就是看其在水中的运动有无能产生“切伦科夫光”。若无,那就是电磁波;,那就是粒子流。

 

质子、中子、电子、中微子等费米子都能产生“切伦科夫光”,说明它们都是粒子,而伽玛射线、X射线、光线经过水后不产生“切伦科夫光”,说明它们都是电磁波,虽然有“粒子性、量子性”,但都不是粒子“光球”。

 

所以,光电磁波的波动是本质、“粒子性”是表现,光电磁波的“波粒二象性”费米子的“波粒二象性”有不同的本质,但绝不是爱因斯坦的波粒二相性波粒二相性虽然可以解释一些光物理,但还是与很多光电磁波实验结果矛盾;而认识到光电磁波与费米子作用中有“粒子性”,反而能解释一切光物理、并与物理实际一致。那为什么还要坚持错误的理论呢?

 

2.3 “光子模型”错误导致标准模型”错误、理论上的中间玻色子其实是费米子

 

宇宙时空中充满着基态电磁场,光源发光就是光源周围基态电磁场被光源“激发”而产生电磁场运动;光电磁波能量的量子化就可以解释“光电效应”,“光子模型”的错误必然导致标准模型”的错误,“标准模型”里对弱电作用的中间粒子的判断就必然错误,实验上发现的要么是费米子、要么就是光电磁波。

 

先前找到的那么多质量很大、带(电)荷等物理性质、在理论计算上被穿上“玻色子”马甲的,包括2013年找到的被认为是“希格斯玻色子”的粒子,其实都是费米子。

 

电磁场的物质性从法拉第(1791-1867)开始就已经证明了的客观物理,后来被爱因斯坦(1879-1955)错误理论给弄成光传播不需要媒介、光源发出光子的运动就是电磁场的运动,就等于说电磁场是光源发出的。

 

干涉是波特有的现象,光电磁波可以在空间的一点上简并、相互之间不存在碰撞与散射,光电磁波的“粒子性”仅在与费米子的相互作用中表现出来。对向运动的光子会干涉,而对向运动的电子、电子与光子只能是碰撞。电子的双缝实验产生的条纹与光子的双缝实验产生的干涉条纹有本质的区别,前者在屏幕上的图像是电子前后出现的累积效果,后者是干涉结果。

 

三、光是光源激发电磁场而形成的能量运动方式,不是粒子流“光球”

 

3.1 提出不需要传播介质的“光粒子学说”是分析与归纳法上的错误

 

当爱因斯坦不知道以太是什么、并同样不知道怎么去分析M-M实验”、“穆斯保尔效应”等寻找以太的实验结果时,提出不需要传播介质的“光粒子学说”是有点正常的。

 

在当时已经有“万有引力场”与“电磁场”概念及理论的前提下,他们还都是把“以太”当“机械以太”就很不应该了;实验设计者与一些支持实验的人都活在牛顿时代的理论里,更不知道“以太”的本质就是“场以太”、就是“物理时空”里的万有引力场与电磁场。

 

M-M迈克尔孙-莫雷)实验”在地表静止实验室系里必然测量不到明显干涉条纹,这是证明地球附近的万有引力场时空系就是该区域附近运动物体的特殊参考系,所以,这些实验在地表静止实验室系里是不能用来测量地球与“以太”之间的“以太风”。

 

这样,在认识论、方法论上出了问题,再伟大的实验都是错误与无效的。退一步说,实验设计者与一些支持实验的人还在归纳法上出错误,因为在地表静止实验室系里得出这些结果在理论上有以下2种情况的可能;只做一类实验而自认为已经得到结论,都是错误与不完备的。

 

1)要求物体运动速度值的上限为无穷大”才无特殊参考系的“相对性原理”符合物理;

 

2)“以太”不是“机械以太”,而是万有引力场与电磁场——“物质场以太”;

 

而实验设计者与一些支持实验的人都不做逻辑分析与可能存在情况的归纳,就大喊“相对性原理”成立、以太没必要存在,是很无知的;犹如说“天不过井口那么大”,提出不需要传播介质的“光粒子学说”是分析与归纳法上的错误。

 

而一旦在地表高速运动的交通工具上、或太空飞船、地球异步卫星及异步空间站上做实验,干涉效果就非常明显,在实验数据与精度上就证明无特殊参考系的“相对性原理”必然错误、实验室系与以太存在相对运动(速度与相对地表运动的速度一样)。这样,我们就在理论与实验上都证明了无特殊参考系的“相对性原理”的物理错误、“物质场以太”存在。

 

3.2光是光源激发基态电磁场而形成的能量运动方式,不是粒子流“光球”

 

光是光源激发基态电磁场而形成的能量运动方式频率越高的光电磁波在与“费米子”的作用中表现出的“粒子性”越明显、波动越不明显。

 

不同频率段的电磁波因有不同的能量阈,所以就有不同的激发基态电磁场的方式机制,可见光频率段与附近频率段的电磁波由原子核外的电子跃迁而激发基态电磁场产生,比可见光频率段小很多频率的电磁波由振荡电路里的电子运动而激发基态电磁场产生,而比可见光频率段高很多频率的X射线、伽玛射线电磁波就只能由核子运动而激发基态电磁场产生。

 

光速值就是光电磁波能量在电磁场中的传播速度,所以与电磁场媒介的磁导率、介电系数有关。这就是“光速不变现象”的物理本质,就是光速与光源的运动状态无关、光速不可叠加的物理本质。

 

光不是粒子流“光球”,“质能公式E=MCC”才成立;假若为粒子流“光球”,质能公式就得是E=0.5MCC。可见,宇宙是极其简洁与经济的。宇宙时空中充满基态电磁场,光源发光或物体发出电磁波就是光源周围基态电磁场被光源“激发”而产生电磁波,波动是本质、“粒子性”是表现,而不是光源发出的光子形成电磁场运动;犹如波源振动水波一样,而不是波源发射出水分子产生水波。

 

而在电磁场中以两两正交的横波形式不断向前推进的光电磁波表现出来的“粒子性”却让爱因斯坦错误地认为光就是一个个“光球”粒子在以光速向前飞射、寿命无限长,还搞出光有不同动静质量的错误概念来。

 

3.3 爱因斯坦对光电磁波的认识,成也“光电效应”、败也“光电效应”

 

光电磁波因波长短、能量高而表现出“粒子性”,波长越短、“粒子性”就越明显;“相对论”错把光电磁波看成是光速飞行的“粒子流”,为了维护“质速关系”的数学自洽,就人为规定他的光粒子静质量为“零”。

 

对光物理性质与传播方式上的错误认识,必定导致“相对论”与“量子理论”的百年错误;虽然爱因斯坦在提出“狭义相对论”后的近半个世纪一直对光物理进行思考,但他始终没有走出“光粒子”这个误区、没有取得突破。

 

他对光电磁波的理解仅仅是认识到“光电效应”中光电磁波与电子作用中表现出的电磁场能量的量子化(光的“粒子性”真正表现在康普顿散射中,“粒子性”最后还是通过光的波动性来表达),就认为光电磁波是“粒子流”;当这个思维误区与错误认识被巨大荣誉强化以后就更加坚固了,而德布罗意的“波粒二像性”与荣誉同样强化了这种错误认识,就使100多年来的科学家对光是电磁波这一物理前提中所隐含的物理内容与本质就视而不见了。

 

光电磁波的“粒子性”在与电子等费米子的散射与碰撞中才表现出来,而在光电磁波的相互作用中只表现波动本质,这个不但可以解释“光电效应”、康普顿散射等现象,还更加说明光不是粒子流的又一明证。在“光电效应”中,超过临界频率的光电磁波频率越高、反而激发电子逃逸的几率越低就说明了这点;若光是粒子的话,激发电子逃逸的几率更高的。

 

原子中的电子跃迁发光就是电子运动激发基态电磁场产生电磁波,“光电效应”中不是电子吸收“光粒子”、而是电子吸收电磁场波动能量。爱因斯坦“波粒二相性”“光粒子流学说”被他自己与德布罗意钉在耻辱柱上至今都没有下来,还开出了“光子”与“玻色子”2朵小花;或许就是因为“光子”、“玻色子”的名称有误导倾向,才使人往“光粒子”的方向上去认识。

 

 

 

 

参考书目(论文与以下书籍严格比较研究)

 

 

1. 《数学物理学百科全书》第1  吴岳良 主编  科学出版社 2008年 中英文版

2. 《普通物理学》(上中下)三册 程守洙  江之永 编  高等教育出版社 1982年版

3. 《电动力学及狭义相对论》 张宗燧 著  北京大学出版社 2004年版

4. 《广义相对论引论》 俞允强 编著  北京大学出版社 1997年版

5. 《电动力学简明教程》 俞允强 编著  北京大学出版社 1999年版

6. 《量子力学原理》 王正行 编著  北京大学出版社 2008年版

7. 《时空和运动着的物质》 秦元勋 著  贵州人民出版社 2000年版

8. 《物理宇宙学讲义》俞允强 编著  北京大学出版社 2002年版

9. 《高等数学》 盛骤  吴迪光 张光天 编  浙江大学出版社 1992年版

10. 《高温超导物理》 韩汝珊 编著  北京大学出版社 1998年版

11. 《量子力学导论》 曾谨言 著  北京大学出版社 1998年版

12. 《核反应堆动力学基础》 黄祖洽 编著  北京大学出版社 2007年版

13. 《简明量子场论》 王正行 编著  北京大学出版社 2008年版

14. 《热大爆炸宇宙学》 俞允强 编著  北京大学出版社 2001年版

15. 《超弦史话》 李淼 著  北京大学出版社 2005年版

16. 《引力场与量子场的真空动力学图象》 陈蜀乔 著  电子工业出版社 2010年版

17. 《数学物理方法》 吴崇试 编著  北京大学出版社 2003年版

18. 《物理实验》 杨长铭 田永红 王阳恩 程庆华  编著  武汉大学出版社 2010年版

19. 《核与粒子物理导论》 许咨宗 编著  中国科学技术大学出版社 2009年版

20. 《粒子物理和场论》 李证道 著 上海科学技术出版社 2006年版

21. 《线性代数》 赵树嫄 主编  中国人民大学出版社 1988年版

 

 

 

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