站在巨人肩膀上的科研成果

                ——甘永超的“波粒二象性”新理论

东方欲晓zcx

上个世纪，是近代物理学最辉煌的壹百年，《量子力学》和《相对论》把人类视野拓展开来，小到微观，大到宏观，遍览俱有。

两大理论做出划时代贡献是一群年轻人，特别是对量子力学最初做出奠基性贡献的学者们。

年处壮年时期的普朗克，在研究黑体辐射时，发现能量的辐射或吸收是不连续的，普朗克把它称为被“量子化”。能量的辐射或吸收与光的频率相关，著名的公式 ε= hν，h为常数（普朗克常数）。普朗克成为量子时代的开山之主。

可是，长期以来科学家们已经习惯性认为，光就是种“波”，当牛顿用三棱镜把白光分解成7种不同颜色光时，它们还是不同频率（波长）的波。

科学家发现有种实验现象，当把一束强光照射到金属板时，能够打出电子来，但不是任何频率的光都行，这种现象称为“光电效应”，当时还没有一种理论来解释它。

年轻的专利局审查员爱因斯坦，把目光投向“光电效应”，准备创造一个新的理论。爱因斯坦想到了普朗克的量子假设，可是在普朗克假设中，能量是被“打包”成一份一份的，而每份的能量都可以看作是“能量包”，而普朗克描述的是能量的辐射过程。

爱因斯坦的思想没有停留在普朗克发现的基础上，爱因斯坦认为，如果从光的结构上，假设光像“弹丸”一样，向靶子每射出一连串的子弹，就能打出电子。一连串的子弹是由单个的子弹组成的，爱因斯坦把它称为“光子”。爱因斯坦比普朗克更前进了一大步。

光具有“波粒二象性”，人们能够接受，可是它的本质是什么？这是长期困扰物理学家的难题。

实物粒子也能有波动性吗？比如电子，这完全是种逆向思维。1923年，年轻的法国学者德布罗意，在他的论文里回答了这个问题。德布罗意原来学的是历史，在服兵役期间，他一直思索这个问题，复员后，兴趣让他转攻物理学。德布罗意将普朗克公式和爱因斯坦公式结合起来考虑，得出一个公式P =h/λ   或λ＝h/P，电子是实物粒子，可是它还有一定的波长，后来物理学家称为“物质波”，因为这种概念已经完全包含在论文中。负责论文审查的评委们起初并没有看好，德布罗意的指导教授郎之万只好写信给爱因斯坦，爱因斯坦认为，这个年轻人也许是揭开了物理学大幕。后来，1927年戴维森和革末用实验证明电子具有波动性（电子衍射实验）。这说明科学理论不但能够解释已知现象，而且能够预见未知事实，这是科学理论的伟大胜利。果然在“物质波”理论基础上，众多物理学家（玻尔、薛定谔、海森堡、泡利等）创造出“量子力学”全新理论。

1924年，康普顿做一个撞球实验，当他把一束X射线，射向重核时，如果测量X射线前后的频率，发现撞球后射线的频率惊人的减少，如果结合普朗克的量子思想，那么X射线也是量子化的。

一束X射线是波，它也有颗粒性，那么电磁场（可看成众多X射线的整合）呢？

前人麦克斯韦用四个方程组完美地描述了电磁场，并且预言电磁波的存在，麦克斯韦还认为光也是一种电磁波。年轻的英国科学家狄拉克把电磁场——电磁波—X射线——光——光子连贯起来进行思考，如果把电磁场分解成分波，分波再分解成某种矢量波，如果能够用数学表达式表达，就能证明电磁场也具有颗粒性。狄拉克做到了， 1927年，狄拉克利用电磁场的量子化方法首次成功地统一了辐射场的波动性与粒子性这两种表面上相互矛盾的属性。但是，狄拉克的工作即“电磁场按模式分解”，仅建立起同模式分波与同模光子群的对应关系。

1995年10月，年轻的中国学者甘永超及同事发表了一篇研究论文。论文的题目是：《辐射场的内禀结构研究——电磁场的按光子对应分解及其物理性质》，从题目上能够看出，电磁场按同模光子对应分解，这是将狄拉克的研究彻底化。甘永超得出研究结论是：电磁基波对应于光子。

甘永超把三种波粒二象性描述成三足鼎立，成π型结构模型。

今天，中国学者甘永超经过近20余年努力，终于把量子力学的这两大开山之作统一起来并给出了精确的数学表达——“波粒二象关系式（Gan矩阵与Gan变换）”：

甘永超用三个矩阵组成方程组，将普朗克公式，德布罗意公式整合到一起，左边矩阵表意是粒子，右边矩阵表意是波动，而中间的矩阵称为“甘变换”。

  ε＝ħω    P＝ħ k   ħ 为角动量  ħ＝h/2π （ħ 角动量的最小衡量单位）

                  ω为角频率  ω＝ 2πν （ ω 波随时间变化的特征）

                     k为传播常矢（波数）k＝2π/λ（k 波随空间变化的特征）

在普朗克公式中 ε= hν，h为常数；在德布罗意公式中P =h/λ，  h为常数，普朗克常数h是联系两个公式的纽带。

在甘永超公式中ħ 是联系粒子与波的纽带，＜甘变换＞中，ħ意义重大，它的物理意义是角动量，ħ＝h/2π  ，在三种波粒二象性中，ħ就像希格斯的上帝粒子一样，它承载着粒子与波角色的转换。

甘永超理论中，粒子与波是处于统一体中的两个角色，完全是内禀性的。进入二十一世纪出，国外两名科学家设计一种精巧的实验证明波与粒子同时存在，下图：

彩图选之国外近期的一项研究，单个的光量子被检测到不同形态，前边的wave-like是波，中间图wave and particl是粒子波共存

而后边partivle—like是粒子。该项实验证明，它就是预言中的“太极粒子波”。

无疑，甘永超理论是正确的！甘永超理论在新的世纪将完成物理学第六次大综合，“太极粒子波”将像当年“物质波”一样，成为新物理学的奠基石。

链接：

1，“甘永超公式”的物理意义——太极粒子波

2，物理学理论之源

3，阴阳至理 事物本质