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光量子在介质中传播速度变慢——能量哪里去了?

(2022-08-15 09:21:20)
标签:

理论研究

学术研究

分类: 物理理论

光量子在除真空介质外,其传播速度变慢,光量子从除真空以外的介质传播,再回到真空,其速度又回到光速,光量子在真空以外的介质传播,速度变慢,光量子的能量哪里去了?我的回答是:一部分能量转化为光量子的弹性势能。只有光量子从其它介质回到真空,光量子不等于光速,我的论断才是错误的。

我在上一篇文章《光量子机械能守恒定律》论证、分析:光量子的机械能守恒的本质是:光量子系统的动能和弹性势能可以相互转化,但光量子的机械能总量保持不变。这个规律我们把它叫做光量子机械能守恒定律。其数学描述:mc2/2=mv2/2+kΔλ2/2,其中,m是光量子的质量、v是光量子在除真空之外的速度、c是光量子在真空中的速度、k是介质常数(相当于弹簧的劲度系数,特别指出:在真空中k=0)、Δλ是波长的变化量(即和在真空中波长的差值),kΔλ2/2是光量子在除真空之外的弹性势能,这就是光量子机械能守恒定律。下面我们以红光量子的数据,先计算一下玻璃的介质常数k的值,研究一下k值得大体范围。

一、计算介质玻璃k的值

我们以玻璃介质的相关数据计算,玻璃的折射率n=1.5(对于红光量子,n要小一些,在可见光中,红光的折射率最小,这里对于红光我们仍然取其折射率为1.5),红光量子的波长6.5×10-7m。因为n=c/vv=2c/3=2×108m/s。其中n是玻璃的折射率、c是光速、v是红光粒子在玻璃的速度。由光量子机械能守恒定律得:mc2/2=mv2/2+kΔλ2/2,即mc2=mv2+kΔλ2——(1)。

v=c/n,因为n=c/v=λγ/λ1γ=λ/λ1(光量子在传播过程中、频率不会改变),其中λ1是红光量子在玻璃传播过程的波长,Δλ=λ-λ1=λ/3=2.2×10-7m。根据普朗克关于光子的能量及爱因斯坦质能方程(hλ=mc2),我们可以计算出红光量子的质量约为:m=2×10-36kg(这里可以理解为红光量子的光速运动质量)也就是说,对于红光量子在玻璃中传播的过程中:v=2×108m/s、Δλ=2.2×10-7mm=2×10-36kgc=3×108m/s,由(1)得:k= m(c2-v2)/Δλ2——2)将这些数据代入方程(2)得:k= m(c2-v2)/Δλ2=2×10-36 (c2-v2)/(2.2×10-7)2=2.1×10-6,这就是玻璃的介质常数k的值。下面我们讨论一下光量子的质量:

二、探索如何计算不同光量子的质量

根据光量子机械能守恒定律:mc2/2=mv2/2+kΔλ2/2,化简并整理得:m= kΔλ2/ (c2-v2)——(3),这就是不同光量子质量的计算方法。光量子的频率不会改变,即测出光量子在除真空介质之外的速度即可。下面我们再分析一下,光量子在同一介质传播过程中,长的波长的变化情况。

根据(3)分析不同光量子质量的变化,引起其在媒介中传播,波长的变化量。根据折射率的定义,n=c/v=λγ/λ1γ=λ/λ1(频率不变),其中λ是光量子在真空的波长、λ1是光量子在真空以外传播过程的波长,λ=nλ1,任何一种光量子λ都是恒定的,我们可以得出结论:λ1n成反比,即对于同一种媒介光量子的折射率越大,波长越小,即波长的变化量也大——Δλ;因为n=c/v,即c=nvc是光速常数,所以我们得出结论:n越大,v越小,即c2-v2越大。分析(3)同种介质k不变,光量子的质量决定于Δλ2(c2-v2),即Δλ的变化量,由于同一媒介,不同光量子的折射率的变化规律是:频率高的折射率大。我们比较红光粒子和紫光量子的质量变化:紫光量子折射率大,所以紫光量子Δλ大于红光量子的Δλ,从而推出:紫光量子Δλ2大于红光量子的Δλ2;同样的道理,我们还能推出:紫光量子(c2-v2)大于红光量子的(c2-v2)。我们据(3)可以得出结论:在其他媒介波长和在真空媒介相比,质量大的光量子波长的变化量也大。

结论:光量子存在动量被大多数科学家认可。其实,光量子不仅存在动量,还存在动能。在真空中,光量子的动能是由光量子的质量决定的(光量子的质量在传播过程中不会改变),除真空之外,光量子不仅存在动能还存在弹性势能(或可以不存在动能,但是一定存在势能,例如光量子存在于黑洞动能可能为零,弹性势能等于光量子在真空中的动能),并且光量子在不同媒介的传播过程中,光量子的机械能保持不变。

现在我回答本论文题目的问题——光量子在介质中传播速度变慢能量哪里去了?光量子在不同媒介传播速度变慢,质量不变,损失的动能转化为光子的弹性势能,光量子总的机械能保持不变。

 

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