质证波粒二象性和双缝实验的证据

—质证狭义相对论的证据(3)

李子   李晓露

摘要  本文证明：因电磁波速度c与电子速度v(v小于c)不相等，所以波、粒是两种物质。电子不可能既是粒子又是波。对量子力学的波粒二象性、光子、光电效应、双缝实验进行质证并作出了新的解释。

关键词  狭义相对论  量子力学  波粒二象性  光子  光电效应  双缝实验

1．前言

由百度百科“波粒二象性”可得：“波粒二象性（wave-particle duality）指的是所有的粒子或量子不仅可以部分地以粒子的术语来描述，也可以部分地用波的术语来描述。这意味着经典的有关“粒子”与“波”的概念失去了完全描述量子范围内的物理行为的能力。爱因斯坦这样描述这一现象：‘好像有时我们必须用一套理论，有时候又必须用另一套理论来描述（这些粒子的行为），有时候又必须两者都用。我们遇到了一类新的困难，这种困难迫使我们要借助两种互相矛盾的的观点来描述现实，两种观点单独是无法完全解释光的现象的，但是合在一起便可以。’

波粒二象性是微观粒子的基本属性之一。1905年，爱因斯坦提出了光电效应的光量子解释，人们开始意识到光波同时具有波和粒子的双重性质。

2015年瑞士洛桑联邦理工学院科学家成功拍摄出光同时表现波粒二象性的照片。”

但是，这张照片证据充分证明了光子(粒子)有大于0的几何直径。

根据狭义相对论的长度的收缩公式：^[1][2][3]

L=L′×二次根号（1-u^2÷ c^2）

将u=c代入该公式可得：光子的直径在地球坐标系同时测量为0。而直径为0的光子不可能有照片。

如果狭义相对论正确，则2015年瑞士洛桑联邦理工学院科学家成功拍摄出光同时表现波粒二象性的照片必然是伪造的假证据。并且，由逻辑学可得：如果2015年瑞士洛桑联邦理工学院科学家成功拍摄出光同时表现波粒二象性的照片真实，则狭义相对论不可能正确。否则，照片是伪造的。

2．狭义相对论光子运动质量的不自洽

由李子、李晓露《质证光电效应》^[4]一文可得：

2.1引用公认的公式（原理）

2．2狭义相对论的洛伦兹坐标变换公式^[1][2][3]

x′=（x-ut）÷二次根号（1-u^2÷c^2）        （1）

y′＝y                                                           （2）

 z′＝z                                                           （3）
t′=（t-ux÷c^2）÷二次根号（1-u^2÷c^2）  （4）

其中u为相对运动速度，c为光速。

2．3狭义相对论的相对运动钟慢效应^[1][2][3]  

t2′-t1′=（t2-t1）÷二次根号（1-u^2÷c^2） （5）

2．4狭义相对论的质速关系公式^[1][2][3]   

m=m。÷ 二次根号（1-u^2÷c^2）           （6）

其中m是相对运动质量，m。是静止质量，u是相对速度，c是光速。

2．5狭义相对论力学的基本方程^[[1][2][3]

F=d(mu)/dt                                           （7）

在u《c时，（7）公式近似牛顿第二定律：F= m。a

2．6狭义相对论的质能关系公式^[1][2][3]

E=m×c^2                               （8）

2．7狭义相对论的“棒长缩短”公式^[1][2][3]

L′= L×二次根号（1-u^2÷c^2）          （9）

2.8狭义相对论的基本假设^[1]

a：不论是相对作均匀运动的两个坐标系中哪一个来说，物理体系状态变化所遵循的定律是不受影响的。

由百度百科“质能方程”可得：“质能方程E=mc²，E表示能量，m代表质量，而c则表示光速。由阿尔伯特·爱因斯坦提出。该方程主要用来解释核变反应中的质量亏损和计算高能物理中粒子的能量。这也导致了德布罗意波和波动力学的诞生。1905年，爱因斯坦发表论文《关于光的产生和转化的一个试探性观点》，对于光电效应给出另外一种解释。他将光束描述为一群离散的量子，现称为光子，而不是连续性波动。对于马克斯·普朗克先前在研究黑体辐射中所发现的普朗克关系式，爱因斯坦给出另一种诠释：频率为v的光子拥有的能量为E；其中，h因子是普朗克常数。爱因斯坦认为，组成光束的每一个量子所拥有的能量等于频率乘以普朗克常数。假若光子的频率大于某极限频率，则这光子拥有足够能量来使得一个电子逃逸，造成光电效应。爱因斯坦的论述解释了为什么光电子的能量只与频率有关，而与辐照度无关。虽然光束的辐照度很微弱，只要频率足够高，必会产生一些高能量光子来促使束缚电子逃逸。尽管光束的辐照度很强劲，假若频率低于极限频率，则仍旧无法给出任何高能量光子来促使束缚电子逃逸。

爱因斯坦的论述极具想像力与说服力，但却遭遇到学术界强烈的抗拒，这是因为它与詹姆斯·麦克斯韦所表述，而且经过严格理论检验、通过精密实验证明的光的波动理论相互矛盾，它无法解释光波的折射性与相干性，更一般而言，它与物理系统的能量“无穷可分性假说”相互矛盾。甚至在实验证实爱因斯坦的光电效应方程正确无误之后，强烈抗拒仍旧延续多年。爱因斯坦的发现开启了的量子物理的大门，爱因斯坦因为“对理论物理学的成就，特别是光电效应定律的发现”荣获1921年诺贝尔物理学奖。”

上面是爱因斯坦用光子能量E=mc²证明了光电效应。

然而，狭义相对论光子运动质量m有2个不自洽的答案，导致既可证光电效应，又可否定光电效应。

2.2 光量子的运动质量

爱因斯坦根据狭义相对论的质能公式(8)推出光子的运动质量为：

m=E/c^2=hv/c^2                      (10)

（其中h为普朗克常数，v为光子的频率）

2.3 光量子的静止质量

李子根据狭义相对论相对质量公式（6）和光子的速度u=c，及(10)得到光子的静止质量m。：

m。= m×二次根号（1-c^2÷c^2）

=0                                  (11)

爱因斯坦也认为光子的静止质量m。为0。

2.4光量子的运动质量的2个互相矛盾的数值

百度百科“夹逼定理”可得：夹逼定理英文原名Sandwich Theorem。也称两边夹定理、夹逼准则、夹挤定理、挟挤定理、三明治定理，是判定极限存在的两个准则之一，是函数极限的定理。

如果数列{Xn},{Yn}及{Zn}满足下列条件：

（1）当n>N0时，其中N0∈N*，有Yn≤Xn≤Zn，

（2）{Yn}、{Zn}有相同的极限a，设-∞

则，数列{Xn}的极限存在，且当n→+∞，limXn =a。

简单的说：函数A>B,函数B>C，函数A的极限是X，函数C的极限也是X ，那么函数B的极限就一定是X，这个就是夹逼定理。

在李子、李晓露的《质证光电效应》^[4] 一文，应用夹逼定理证明了狭义相对论光量子运动质量的不自洽。

因公式（6）的m是速度u的函数f(u)，即m=f(u)。

设v是一个很小的速度(如v=1米/秒)，数列f(u－v)、f(u)、f(u＋v)在u≥v时，满足f(u－v)≤f(u)≤f(u＋v)。

当u取其极限u→c可得：

limf(c-v)=0,其复数模为0。

limf(c)待定。

lim f(c＋v)=0×(-i)=0,其复数模为0。

因(c-v)< c <(c＋v),则根据数学的夹逼定理lim f（c)的复数模必为0。

又因u=c代入公式（1）并不产生虚数,因此可得：

当u→c时,

函数f(u)的极限lim f(c)=0         (12)

(12)即光子的运动质量m =0,这个数学定理具有必然性。

（12）与（10）证明光子的运动质量m既等于0又不等于0，自相矛盾，不自洽。

此文证明了任何一个物理理论A，如果包含狭义相对论、量子力学，则A不自洽。

由此还可得：爱因斯坦晚年奋斗的目标建立自洽、完备的大统一物理理论，不可能成立。

根据(12)光子的运动质量m=0和质能关系公式(8) E=m×c^2可得：光子的能量E=0。则光子不可能与电子有任何能量交换，光电效应不可能成立。爱因斯坦的光电效应被狭义相对论自己所否定。

爱因斯坦发现在光子坐标系，宇宙的星球相对质量为无穷大，宇宙必然收缩，这与事实不符。他说“相对论原理不适用光子”。然而，爱因斯坦发现的光子却是根据狭义相对论的质能公式(8)推出光子的运动质量m=E/c^2=hv/c^2。而公式(8)来源是：由质速关系式(6)和牛顿第二定律证明了相对论力学基本方程(7)定理；由公式(7)、合外力作功公式和定积分证明了质能关系式(8)定理，具体证明请阅参考文献^{[1] [2] [3]}。

根据狭义相对论的基本假设a：“不论是相对作均匀运动的两个坐标系中哪一个来说，物理体系状态变化所遵循的定律是不受影响的。”，如果a成立，则对于相对地球以光速c作匀速直线运动的任何坐标系(包括光子)来说，物理体系状态变化所遵循的定律是不受影响的。由此可得：相对论原理适用光子。则爱因斯坦说“相对论原理不适用光子”是错误的。否则，a不成立，导致狭义相对论也不成立。

地球相对光子速度为c，为什么相对论原理都适用呢？

为什么对于爱因斯坦，证明光子的运动质量m=hv/c^2，狭义相对论的公式(6)、公式(8)适用光子，而本文证明该光子的运动质量m=0，公式(6)、公式(8)却不适用该光子呢？这已表明狭义相对论无法自圆其说。

显然爱因斯坦讲的“相对论原理不适用光子”是双重标准。其观点与狭义相对论的基本假设a自相矛盾，是个假命题。

爱因斯坦由狭义相对论质速关系公式(6)推得质能公式(8)，由公式(8)得出光子的运动质量为：m=E/c^2=hv/c^2。而本文根据狭义相对论的质速关系公式（6）和(11)及数学的夹逼定理推导的定理得出m=0。由此可得：在狭义相对论光子的运动质量既等于0又不等于0，自相矛盾。这与第二次数学危机微积分的无穷小既等于0又不等于0完全一样，导致狭义相对论、量子力学都出现被否定的危机。

3. 李子物理学的解释

在李子物理学，根据李子、李晓露《李子物理学(1)—(3)》^[5]文中可得：物质的静止质量m。与运动质量m相等，相对运动质量守恒。

如果质能关系E=mc²符合事实，则根据质能关系E=mc²可得：光子具有质量m=E/ c²。也具有能量E。没有m=0的结论。因此根据李子物理学可以不矛盾的解释光电效应。

根据2015年瑞士洛桑联邦理工学院科学家成功拍摄出光同时表现波粒二象性的照片、本文第5节杰弗里·泰勒爵士的光子摄影胶片证据可得：光子能量包的几何直径大于0。由此可得狭义相对论的长度的收缩公式：

L=L′×二次根号（1-u^2÷ c^2）   （9）

公式（9）不可能成立。则推导（9）的狭义相对论的洛伦兹坐标变换公式(1)、(4)也不可能成立。

洛伦兹坐标变换公式(1)、(4)在形式逻辑学称为论据。论据虚假，则狭义相对论由论据(1)、(4)推导的结论(5)、(6)、(7)、(8)都不能确定成立。

4.波粒二象性的推广

由百度百科“波粒二象性”可得：“在光具有波粒二象性的启发下，法国物理学家德布罗意（1892～1987）在1924年提出一个假说，指出波粒二象性不只是光子才有，一切微观粒子，包括电子和质子、中子，都具有波粒二象性。他把光子的动量与波长的关系式p=h/λ推广到一切微观粒子上，指出：具有质量m和速度v的运动粒子也具有波动性，这种波的波长等于普朗克恒量h跟粒子动量mv的比，即λ=h/（mv）。这个关系式后来就叫做德布罗意公式。

三年后，通过两个独立的电子衍射实验，德布罗意的方程被证实可以用来描述电子的量子行为。在阿伯丁大学，乔治·汤姆孙将电子束照射穿过薄金属片，并且观察到预测的干涉样式。在贝尔实验室，克林顿·戴维森和雷斯特·革末做实验将低速电子入射于镍晶体，取得电子的衍射图样，这结果符合理论预测。”

本文指出：已知电磁波速度为c，而粒子(包括电子和质子、中子)的速度v都小于c，这证明波与粒子是两种完全不同的物质，一个是能量，一个是粒子。波能量速度c快于电子和质子、中子粒子的速度v，说二者是同一个物质的观点是完全错误的。

μ子与电子具有相似的性质，带负电荷，其寿命不到1秒，而其产生的电磁波寿命很长。如可见光电磁波寿命可以有上百亿年。μ子消亡后，其波还存在，这事实也充分证明：粒子与其产生的电磁波是两种不同的物质，而不是波、粒是同一个物质。

李子认为：电子和质子、中子等是有电荷或质量的物质，当它们静止时，本身具有静电场或静引力场，其频率f为0。当它们运动时会产生频率f大于0的电磁波或引力波，并且波速为c，快于电子的速度v。因此，波和粒子是两种不同的物质，而不是同一个物质既是波又是粒子。

雷达的高频振荡器就是利用电子的高频率振荡运动，产生的高频交流电磁波(肉眼看不见的微波)，定向向空中发射。雷达向空中发射的是电子上下振动运动产生的电磁波，而不是电子。这证明电子与电磁波是可以分离的两种物质。这与水波类似，A水分子在水中以u速上下振动运动，产生的水波B在水平方向以v速传播(u≠v)，但A并不是水波B，即A不是既是粒子A又是波B。

A在水中不仅能上下振动运动，也能在水平方向左右、前后运动，也会产生水波B。但A不是B。

水波也有双缝干涉现象。这是水波B几乎同时穿过双缝导致了干涉现象，而不是A同时穿过双缝，导致的干涉现象。

观察者看或不看水波运动，都不影响水波双缝干涉现象，这证明观察者看双缝实验，并不会使水波双缝干涉现象消失。因此，说人的意识影响双缝干涉现象是错误的。

4.质证双缝实验

由百度百科“双缝实验”可得：“在量子力学里，双缝实验（double-slit experiment）是一种演示光子或电子等等微观物体的波动性与粒子性的实验。双缝实验是一种“双路径实验”。在这种更广义的实验里，微观物体可以同时通过两条路径或通过其中任意一条路径，从初始点抵达最终点。这两条路径的程差促使描述微观物体物理行为的量子态发生相移，因此产生干涉现象。

稍微改变双缝实验的设计，在狭缝后面装置探测器，专门探测光子通过的是哪一条狭缝，则干涉图样会完全消失，不再能观察到干涉图样；替代显示出的是两个单缝图样的简单总和。这种反直觉而又容易制成的结果，使得物理学者感到非常困惑不解。

1909年，为了解答这问题，杰弗里·泰勒爵士设计并且完成了一个很精致的双缝实验。这实验将入射光束的强度大大降低，在任何时间间隔内，平均最多只有一个光子被发射出来。经过很久时间，累积许多光子于摄影胶片后，他发现，仍旧会出现类似的干涉图样。很清楚地，这意味着，虽然每次只有一个光子通过狭缝，这光子可以同时通过两条狭缝，自己与自己互相干涉！类似地，电子、中子、原子、甚至分子，都可以表现出这种奇异的量子行为。”

在光的双缝实验中，光属于电磁波。

本文指出：根据狭义相对论的长度的收缩公式：^{[1] [2] [3]}

L=L′×二次根号（1-u^2÷ c^2）

可得：光子的直径在地球坐标系同时测量为0。而直径为0的光子不可能有一个光子通过狭缝的照片。如果狭义相对论正确，则杰弗里·泰勒爵士的照片必然是伪造的假证据。

并且，由逻辑学可得：如果杰弗里·泰勒爵士的照片真实，则光子的直径同时测量不可能为0。则狭义相对论不可能正确。

并且，根据(12)光子的运动质量m=0和质能关系公式(8) E=m×c^2可得：光子的能量E=0。因此，物理学家也不可能根据光子的能量判断光子是一个个通过双缝。除非狭义相对论是错误的理论。而一旦否定狭义相对论，则爱因斯坦创新的光子还正确吗？

对于电子双缝实验，李子认为：在双缝实验中，单个电子不可能同时穿过双缝。但该电子因运动产生的(看不见的)球形电磁波先于电子穿过双缝，并且是同时穿过双缝，因通过两缝的电磁波到显示器屏幕上各点的路径长度不相等，存在光(波)程差，在显示器屏幕上产生了干涉，导致电子在显示器屏幕上的分布出现干涉条纹现象。而当人们用高速摄像机观察电子运动穿过双缝时，因摄像机开机产生了新的电磁波，对微观世界的电子影响很大，破坏了原电磁波干涉的条件，导致了无干涉现象。这并不是观察者的意识改变了电子运动方向和轨迹。

水波双缝实验不会因观察者的观察而出现无干涉现象的事实，用逻辑学类比法推理可得：根本不是观察者的观察改变了电子的干涉现象。

并且，既使前一个电子已消失灭亡，但该电子运动产生的电磁波在空间振荡并不会马上衰减消失。这与可见光在宇宙空间中几十亿年都存在一样。因此，前一个电子产生的电磁波干涉，还可能影响后面发射的电子在显示器屏幕上的分布，仍可能出现干涉条纹现象。这并不能证明过去已结束的事件(前一个消失的电子)影响未来的事件(后面电子)是时间倒流。而是再次证明波粒是独立的两种物质。

5.对电磁波、粒子、双缝实验新解释的意义

本文对电磁波、粒子、双缝实验新的解释，是在事实基础上的解释。它更加合理的解释物理现象，揭示了量子的真相，除去了量子力学双缝实验中的虚假内容，可以使科学家们对科学真理的探索少走弯路，让科学真理更好的为人类服务。

 

参考文献

 

[1] [英]W.G.V.罗瑟著，岳曾元、关德相译，相对论导论，北京：科学出版社，1980年，98—171

[2] 蔡伯濂著，狭义相对论，北京：高等教育出版社，1991，39—64

[3] 南京工学院等七所工科院校，物理学，下册，北京：高等教育出版社，1978年，249—269

[4] 质证光电效应，李子、李晓露

[5] 李子物理学(1)—(3)，李子、李晓露