波的本质是什么？

马海飞

（http://blog.sina.com.cn/gfis 2015年1月9日）

“波”是物质世界中经常出现的物理现象。从我们常见的水波，到我们看不到却能听到的声波以及既看不到也听不到的无线电波等等都是物理世界中的波。另外，即使今天的主流物理学理论认为光具有波粒二象性、不是单纯的波，但这至少可以说光与波也脱不了干系。

虽然物理学家们对波的研究有史已久，而且现在已经到了非常深入的地步，但是，在今天的物理学教科书中还看不到从波的本质上把各种不同的波统一起来的内容。这说明对波本质的研究没有引起主流科学家们的重视。可是，在笔者看来，对波本质的研究十分重要。只有把波的本质搞清楚了，才能正确认识光的本质。才有可能对诸多现代物理学理论是否有坚实的基础做出正确的判断。

首先，让我们来看一下产生波的第一个必要条件是什么。我们知道，凡是“波”都离不开“运动”或“振动”。“静止”是产生不出波来的。水波、声波电磁波都是如此。所以，产生波的第一个必要条件就是“动”。

其次，我们要问的是，波本身是一种什么客观存在的“动”？从上述讨论中已知，波是由“动”产生出来的，但波源本身的运动并不直接变成波。而且，有些波在波源停止运动之后，波还存在。例如，把一块石头投入一个平静的湖水中，湖水水面就会产生出水波来。尽管石头已经沉入湖底静止不动，但湖面上的水波仍然存在。声音也是如此。枪声是子弹瞬间爆炸产生出来的。但是，声波在爆炸这个过程已经完成以后还继续存在。这说明，虽然波是波源的“动”产生出来的，但波本身并不是波源的“动”，而是介质的“动”。水波的介质是水，声波的介质是空气或其他可以传导声波的物质。所以可以看出，“波”实际上就是介质的“动”。如果用什么方法可以阻止或抑制介质并让它“不动”的话，无论波源物质如何运动，波也无法形成或传播出去。当然，要是根本就不存在介质的话，波自然就不可能形成，更不能传播。

根据以上讨论我们就可以得出这样的结论：波的本质实际上就是介质的振动。

介质的振动是原地的，因此，在波现象中并不存在物质从波源向外的位移。所谓波的“传播”仅仅是介质的振动形式向外扩散而已。

“波的本质是介质的振动”这个结论在水波和声波这些机械波中是很容易理解的。但在电磁波中也许不太容易理解。这与电磁波的介质有关。机械波是具有物质“实体属性的介质”的振动形式。实体属性的介质比较容易观察和研究。而电磁波是具有物质“场属性的介质”的振动形式。场属性的介质不像实体属性的介质那么容易观察和研究。因此，波的本质在电磁波上让很多人难以理解。其实，如果我们知道物质本身同时具有“实体”和“场”这两个基本属性的话，对“电磁波的本质也是介质的振动形式”这个结论就很容易理解了。机械波是物质实体属性介质的振动形式，电磁波是物质场属性介质的振动形式。因为物质是实体属性和场属性的统一体，所以，任何波源物质的运动都会导致实体介质和场介质的同时振动。只不过，在机械波中，场介质的振动不表现出有效的物理功能，在电磁波中，实体介质的振动不表现出有效的物理功能而已。所以说，尽管表现形式不同，但机械波与电磁波的本质是一样的。它们都是介质的振动形式。

需要指出的是，机械波与电磁波在“波的惯性”上是不同的。所谓“波的惯性”就是当波源的振动停止后波（介质振动）还可以继续存在一段时间的现象。这种现象只出现在机械波上。原因很简单，机械波的本质是物质实体属性介质的振动。因为实体属性介质具有质量，而有质量的物质必定具有惯性。因此，机械波是有惯性现象的波。另一方面，电磁波的本质是物质场属性介质的振动。因为场属性介质不具有质量，因此这种介质不具有惯性。所以，就电磁波而言，波源运动（振动）停止的瞬间，场属性介质的振动就会立刻停止，电磁波就会立刻消失。电磁波是不可能象水波和声波那样在波源停止运动后还继续存在的。当然，这些都是以真空环境为前提的。

认清波的本质对解决物理现象中的问题具有非常重要的科学意义。下面举两个例子加以说明。

1、波的穿透性。我们知道，机械波的穿透性很弱。两个水池之间的一道墙就可以挡住水波从一个池子传递到另一个池子。声波也是，要想让声波穿过一扇窗户的玻璃，就需要可以引起玻璃振动的较大能量。相比之下，电磁波的穿透能力则很强。手机信号可以很容易穿过墙壁进入室内。微弱的光线也可以穿透很厚的透明玻璃。不需要让墙或玻璃也跟着振动。为什么？用“波的本质是介质的振动”这个理论就可以很容易做出说明。对于机械波而言，介质振动是实体振动。水波难以让一堵墙振动。声波让玻璃振动就需要很大的能量。对于电磁波而言，介质振动是场振动。微弱的光线可以穿透很厚的玻璃并不是光线“穿过”了玻璃，而是场的振动形式“穿过”了玻璃。准确地说，是构成玻璃物质的分子之间的场也作为介质在振动着。如果不是玻璃，而是不透明物体的话，构成那个物体的分子之间的场因为某些原因不能随着光源物质的振动而产生相应的振动。因此就是不透明的。就透明体来说，作为光波介质的场在玻璃内部和外部是类似的。因此，介质的振动形式在玻璃内部和外部也是类似的。由于不同物质结构导致内部的场状态不同，因此，物体内部的场介质可振动的频率不同，就造成了允许穿透的电磁波频率不同的现象。所以，波的穿透现象并不是波穿过去了，而是因为物体内外的介质性质一致而使得介质的振动形式传递过去了。所以，严格地说，“光线穿过玻璃”的说法是错误的。在这个过程中，没有任何“东西”从玻璃的一侧穿越到了另一侧。所以正确的说法应该是：光源在玻璃的两侧和玻璃中都引起了一致的介质振动。机械波因为需要引起介质的机械振动，因此，介质振动能否穿透物质与振动能量有直接的密切关系。而电磁波引起的介质振动不是机械振动，因此，这种介质振动能否传递到物体的另一侧与能量的关系是次要的。主要与构成物体物质的分子结构有关。也就是与物体内部的场性质有关。

有些人把光线穿透玻璃的过程想象成光粒子穿越玻璃分子间隙从一侧到达另一侧的过程。这是错误的理解。如果是这样的话，比玻璃密度更小，厚度更薄的纸应该比玻璃的透明度更大才对。而事实并非如此。

2、能量只能是发散的。波是场作用的能量形式。从“波的本质是介质的振动”这个理论就可以看出，介质振动形式的传播方向只有一个，那就是从波源（动）向外（静）扩散的方向。这就告诉我们，能量的自由存在形式只能是发散的。能量是不可能自由收敛的。也就是说，在自然世界里，能量是不可能自动聚集到一起的。要想把能量聚集到一起，就必须要有比聚集后的能量更大的能量存在。举例来说，要长成一棵树，那么，在这棵树生长的过程中就必须要有比这棵树本身所具有的全部能量更多的能量。宇宙中的任何一个带有能量的物体都是如此。自然世界里绝对不可能存在一个物体以自身的能量形成那个物体本身的事情发生。这就好像一个人不可能自己拽着自己的头发把自己从地上提起来一样。

既然在自由状态下能量只能发散，不能收敛，这就意味着宇宙大爆炸理论中的奇点是不可能自然形成的。难道那个奇点是上帝制造的吗？如果不是的话，宇宙大爆炸这件事就是不可能发生的。如果是上帝造的话，那么科学家就没有必要研究宇宙的起源了。

还有很多例子可以证明，认清波的本质对解决很多物理学问题都有重要意义。例如，对波本质的认识可以让我们对解决与光有关的问题变得非常简单。这些方面的内容将在另文中论述和讨论。

总之，波的本质就是介质的振动。这个结论对认识所有的波现象都具有重大意义。它必将改写人们对所有与波有关的物理现象的理解和解释。