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 ABRAHAM）325000

 

 

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：人类几百万年的进化过程中直到近几百年前才在大范围人口中确认自己是住在太阳系里的一个普通行星上，后来更进一步确认原来太阳系只不过是宇宙中一个普通的银河系里的一个普通恒星系而已；在最近这几百年里，才明确知道原来我们呼吸的是空气、是有质量与化学成分的气体物质，才发现大气层有厚度的、而不是密布宇宙空间。

 

虽然这最近几百年里同样对万有引力、时空、光电磁波等物理规律有了比较详细的认识，而对于有没有一种物质密布弥漫在整个宇宙、是宇宙的基本物质与一切物质的质量来源的基本粒子，就一直在争论与探索着。

 

譬如，“狭义相对论”一出来就否定物理时空中存在“机械以太”，10年后，又改口承认“场以太”必须要有的物理前提下推出“广义相对论”。“机械以太”被否定了，而电磁场、万有引力场、量子场等“场以太”的代名词却一直在使用着，所以现代科学只是否定了人类头脑中错误的“机械以太”概念，而从来没有否定“场以太”。

 

一、光电磁波的波动、“粒子性”与“波粒二象性”的物理学研究发展历史

 

1.1 亚里士多德、牛顿、爱因斯坦的“思想实验”与感性认识的错误

 

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”，这样不但错误、还直接与“波粒二象性”矛盾；“波粒二象性”不是“波粒二相性”。

 

这三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，爱因斯坦把“波粒二象性”说成“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是矛盾的。

 

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。

 

1.2 光电磁波的波动、“粒子性”与“波粒二象性”的物理学研究发展历史

 

在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”、即有“波粒二象性”，但不是粒子或粒子流、“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，但是在普朗克（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粒子流、用能量量子化的“光粒子学说”来解释“光电效应”，这就等于把“波粒二象性”说成“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（在他看来是没有矛盾的），本质还是又否定了光是电磁波。

 

接着，德布罗意（1892-1987）提出粒子物质波的“波粒二象性”理论，把本属于费米子的“波粒二象性”与玻色子的波动与“粒子性”给完全混淆在一起了；2个又缺陷错误的理论都获得了物理学大奖。这样，错误的光粒子理论（“波粒二相性”）就越走越远了。

 

1.3 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、粒子运动过程中表现出“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”，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；爱因斯坦的光电磁波学说本质不是电磁波学说，而是玻色子的“波粒二相性”学说，已经不是电磁波学说或“波粒二象性”学说。

 

虽然爱因斯坦的“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，但光电磁波的波动与“粒子性”的“波粒二象性”同样可以解释光电效应、康普顿散射等物理现象；但是有关光的折射、干涉、偏振、磁光效应等只有光电磁波的波动与“粒子性”才可以解释，而“波粒二相性”就无法解释。

 

所以，光是光源周围基态电磁场被光源释放能量“激发”而产生电磁波的过程；犹如波源振动水波一样、有无水波而水一直就存在在波源周围，而不是波源发射出水分子产生水波。

 

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

 

爱因斯坦的“波粒二相性”与光是电磁波在本质上矛盾，光电磁波因波长短、能量高而表现为“粒子性”，波动是本质、“粒子性”是表现；而爱因斯坦的“波粒二相性”把光电磁波说成是光子流、粒子流了，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，更是让人觉得光电磁波是光粒子流运动中表现出的波动而确认无疑了。

 

再加上爱因斯坦的“波粒二相性”因解释“光电效应”而获得物理学奖并把光电磁波归入“玻色子”范畴、德布罗意同样不对光电磁波的“粒子性”而非“粒子”的性质做区分并都纳入到粒子物质波理论的“波粒二象性”范畴并因该理论同样获得物理学奖，致使爱因斯坦的“波粒二相性”存在百年都没有被发现错误、并与“波粒二象性”的差异。

 

爱因斯坦的“波粒二相性”或说光电磁波的粒子是本质、“波动性”是表现，不但光在3维空间里两两正交并相互生成而运动的现象无法解释外，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，以上光物理现象及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。“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。

 

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，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，成了是爱因斯坦强行规定的速度上限，还会导致“相对论效应”失去了物理根据，爱因斯坦的“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

 

根据爱因斯坦的“波粒二相性”或说光电磁波的粒子是本质、“波动性”是表现，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；只有波是本质、“粒子性”是表现的才会出现明暗相间的条纹。

 

所以，光不是粒子，更不是“玻色子”；没有粒子可以在空间的一个点上可以存在多个，除非它们是被人穿者“粒子”或“玻色子”马甲的光电磁波。“光子”、“玻色子”都是物理上出现的错误名字。

 

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“光电磁波”的依据就是看其在水中的运动有无产生“切伦科夫光”的可能。若无，那就是光电磁波，若有，那就是粒子流。

 

质子、中子、电子、中微子都能产生“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”与费米子的“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”虽然可以解释很多光物理，但还是与很多光电磁波实验结果矛盾；而认识到光电磁波有“粒子性”，反而能解释一切光物理现象、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

 

光电磁波表现出来的“粒子性”可以解释“光电效应”。光源激发电磁场犹如石头激起水波一样，光源激发形成的电磁波在电磁场里两两正交向前运动，水波在动、而水分子没有向前推进，照样有光压。

 

宇宙时空中充满与密布着基态电磁场，光源发出光或物体发出电磁波的过程就是光源周围基态电磁场被光源释放能量“激发”而产生运动电磁场、电磁波的过程；犹如波源振动水波一样，有无水波而水一直存在在波源周围，而不是波源发射出水分子产生水波。

 

因此，“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理论计算就必然存在错误；实验上发现的这些要么是费米子、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。

 

物体受力而加速运动、物体能量增加是通过物体原子间的电磁场实现的，所以传递力的可以是费米子粒子,也可以是电磁波能量；而通过E=MCC更加可以知道电磁场作用是通过传递电磁波能量实现的，而不是传递粒子。

 

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。

 

被穿上“玻色子”马甲的光电磁波可以在空间的一点上简并、相互之间不存在碰撞而散射的物理，因此干涉只对光电磁波之间的相遇作用而言；干涉是波特有的现象，光电磁波的“粒子性”仅在与费米子的相互作用中表现出来。费米子的“波粒二象性”中粒子是本质、“波动性”是表现，电子等费米子不能在空间的一点上简并，所以费米子之间、或费米子与光电磁波之间的相遇就是碰撞，绝没有干涉。

 

因此，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，前者在屏幕上的干涉图像是电子前后出现的累积效果，后者是干涉结果。

 

所以，认为光电磁波是光粒子流、传播中不需要电磁场媒介是极其错误的；宇宙是极其经济的，爱因斯坦的“光粒子流学说”跟“相对论”及其“相对时空”是深层矛盾的，会使“相对论效应”与“相对时空”失去物理基础。

 

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 “M-M实验”与“穆斯保尔效应”实验的原理与方法都是错误的

 

当爱因斯坦不知道“相对性原理”要求“物体运动速度值的上限为无穷大”才无特殊参考系的本质、并同样不知道“M-M实验”与“穆斯保尔效应”等这些实验的原理与方法都错误时，提出不需要传播介质的“光粒子流学说”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”了；实验设计者与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，这些实验都只能证明“大质量天体的万有引力场时空与电磁场时空是随着天体一起运动”。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”。

 

但在不明白特殊参考系的前提下，这些实验结果似乎支持无特殊参考系的“相对性原理”一样；所以，物理本质上可以寻找与确定特殊参考系的“M-M（迈克尔孙-莫雷）实验”在认识论与实验方法的错误情况下，反而成了前人否定特殊参考系的依据。

 

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。抛开“相对性原理”的错误不谈，退一步说，实验设计者与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，是很无知的；犹如说“天不过井口那么大”，不需要传播介质的“光粒子流学说”是自作聪明的错误。

 

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。这样，我们就在理论与实验上都证明了“相对性原理”的物理错误。

 

因此，与其说“M-M（迈克尔孙-莫雷）实验”是测量地表有无“机械以太风”，还不如说是在地表测找验证“特殊参考系”；无特殊参考系的“相对性原理”无论从时空理论、特殊参考系、物理实验上都是错的。

 

3.2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”

 

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就有不同的激发基态电磁场的机制，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，所以与真空电磁场的磁导率、介电系数有关。这就是“光速不变现象”的物理本质，就是真空中的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。宇宙时空中充满与密布着基态电磁场，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；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”让爱因斯坦错误地认为光电磁波就是一个个“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，“粒子性”与“粒子”是两个不同的物理概念。“相对论”错把光电磁波运动看成是光速飞行的“粒子流”，为了维护“质速关系”的数学自洽，就人为规定光电磁波的静质量为“零”。

 

对光电磁波物理性质与传播方式上的认识错误，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电磁波物理进行思考，但他始终没有走出“光粒子流”这个误区、没有取得巨大突破。

 

爱因斯坦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的“粒子性”，就认为光电磁波是“粒子流”；当这个思维误区与认识错误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视而不见。

 

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”等现象，还更加说明光电磁波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是一样的。

 

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”的“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。

 

爱因斯坦“波粒二相性”的“光粒子流学说”虽然可以解释一些涉及与费米子作用的光物理现象，但还是不能解释很多不涉及与费米子作用的光物理现象、并与光电磁波物理矛盾；而认识到光电磁波在与费米子作用中有“粒子性”，反而能解释一切光物理现象、并与物理实际一致。那为什么还要坚持错误的理论呢？

 

 

 

 

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卷  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