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[基础科学] 光无光子

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  • TA的每日心情
    擦汗
    2015-3-19 07:17
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    [LV.1]初来乍到

    发表于 2018-10-7 05:01:42 | 显示全部楼层 |阅读模式
    本帖最后由 非著名师 于 2018-10-7 05:05 编辑

    33.光无光子


    光由什么构成?从牛顿的微粒说到惠更斯的波动说,再到麦克斯韦的电磁波说最后到爱因斯坦的光量子说,这三百多年有过多次光粒子与波动的学派争论,两学派交替得势左右光学光也忽粒忽波。从光或是粒子或是波的偏执,最后为二者照单全收说光一面表现粒子一面表现波,即调和说光有波动性又有粒子性。这说明光的本性或本质了吗?没有。那个所谓的光波粒二象性两面见光波粒兼备,不知用的是哪种波?若是历史上的以太介质波则不是有本质意义的光波,此波与光子都表现光的表面形式和误解,使光描述画虎类犬。


    一、光粒子的理性设想


    光本质最有影响力的猜想是牛顿的光微粒说,此前笛卡儿也提出光类似物质的微粒说法。按光由粒子构成,确实能解释一些光学问题,但总没有光波动说解释合理和实验直观。光属能量,由波表现能量没问题,但说光由光粒子简称光子构成要有许多问题。光的粒子性,乍看似光有光粒子迹象的解释,又好象说光有粒子性没肯定是粒子,其实这个“性”是粒子的落实,是光粒子概念产生以来反复磨砺成的“光子”。光电磁波说曾给光子说几乎致命的打击,但还是不能将光子扫地出门。关于光有光粒子光量子光子三种说法,可说光子就是光量子,说是光粒子也行,所以三者可看作表意相同。

    风平浪静的空气或水,其中的粒子都在作无规则运动,但不能成波,只有受外加扰动或振动大量粒子才能形成波。空气中气体分子传递声波,空气分子虽作无规则运动,在无风或微风情况下大体上不认为气体在运动,声波传播合适,若风大粒子有一同向运动对声波传播要有很大的影响,使波形顺风向拉长逆风向压缩。光子若是粒子,空间中最高速运动的光粒子不能形成类似声波那样的波,因成波光粒子群体要处于相对静止状态再受什么扰动或振动,才能使光粒子成波。但在光粒子每秒三十万千米运动情况下,光粒子受扰动微不足道不能成波。而光确实有光波而且波长范围从低到高固定,说明光波是光能量内禀的波,不由群体光粒子振动构成。


    只要是粒子,就一定有质量。说粒子原来没有质量要由什么上帝粒子赋予质量,还不如直说是上帝赋予所有粒子质量理由稳当;特殊粒子给普通粒子以质量的人间演戏,结果必是演者吃光了经费鸡剩下一地鸡毛。光若由粒子构成就要有质量,尽管想象的单个光子必然质量极小,但弥漫充满空间中的光子无计其数可不一般。若粒子有质量,不管多么小,对光速都有影响,光在几十光年的光路上总要遇到物质粒子和相反方向运动的光子要碰撞而减速。光速是宇宙中最大的速度,没有远方来光速度变化问题,不是粒子不碰撞定是没有光粒子。还有粒子有质量要受天体引力影响,因相对天体不同方向和位置,光要发生增速或减速现象。光子有质量,发光物体就要有质量损耗,此重大物理问题可能没人研究,因为没人说发光物质量变小多少;对光子不做质量减少的探究,应该是科学研究的纰漏和遗误,现在捡起来立项研究也不晚,低调说也能与倍受重视的起因靠假想成果靠虚构的暗物质暗能量研究并驾齐驱。


    粒子有质量对相对论是个祸害,甚至使其陷入灭顶之灾。狭义相对论倚仗光速不变原理,有所谓洛仑兹变换公式计算结论,物质速度达到光速质量将变为无穷大,光粒子也不例外,它可是正宗纯粹的光速运动,它有质量就是个麻烦。人暴露在阳光下,光粒子打到身上,没有被打穿的感觉况且连雨点打身上那样的感觉(此感觉与等效原理的参考系等效引力场的感觉等价)也没有,可以说明光子在光速情况下没有质量变化,还是原来那个小得不能再小的质量,即伟人说的动质量。地上或空间中找一个有明显相对论效应的高速运动物体(相对论的高速物体除光和射线粒子外找不到别的)办不到,而光子能办到,再用上与光运动不矛盾的动质量,相对论效应的质量无穷大应该显现却没有。这种实践中没有理论上必有的质量变大肯定说明理论的谬误,有些啼笑皆非的是二者出自同一人论断让该人情何以堪,一个小光子就能牵连导致相对论覆灭,可算是“不是冤家不聚头”。人们若明理后重新选择,是抛弃光子还是抛弃相对论抑或二者全抛弃?恐怕是伟人舍得趸子舍不得。


    发光天体发出的光粒子,是像一线串珠使粒子连接起来成为光线,还是像水分子在河流中一样聚焦到光的空间大家一同运动?光粒子间是无间隔还是有间隙?强光与暗光若说是光子间隔不同所造成容易让人信服,谁能说此解释无理?其实这里包含着隐秘问题,即某种说法能解释某种现象不一定正确,或说是形式上得理不代表本性在理。比如,空气中分子因密度不同使声波有不同的波速,光也因透光物质密度不同有不同的光速,说明形式上的相似并没有共同本质。光若是粒子构成,不计光子运动设为静止,光就会与水受扰动成波有相似比较,不同扰动会有不同的波长和频率,这光要变化莫测无定数可言。光若有粒子,不同频率的光粒子大小一致还是大小有差别?不用回答,因有差别说不通,有差别这个世界将复杂得不可收拾。说光子大小,就要说光粒子质量多大,网上可查出大有来头的光子质量大小数据,不是实测而是理论计算得出的,有必要质疑,那个计算公式靠谱吗?因为已发现相对论量子论的许多计算没有实体实物对应。

    光波是光内禀或说内因的波,不是外界扰动光子群体造成的光子振动波。光没有粒子,光的实在构成是电磁波且有光波参数,只有在电磁振荡的特定频段才为眼睛感受,而可见光只是电磁振荡波的很小部分。白光由七种颜色的光合成,不同颜色光有不同的频率;光频率是光波自身内的频率不是光粒子群体表现的频率,一个粒子更谈不到频率的。若有人说发现一个或几个粒子以波状轨迹行走,可考虑他们酒喝高了。说光子没有波长和频率,会有人反诘讥笑:呵呵,连早就证实了粒子上有物质波的事都不知道,真是少见多怪。话至此是要考虑物质波问题了,回顾物质波的产生过程和功用,不用实测和理论证明,就能说明物质波不存在。

    自有光子概念以来,可能没人提问:光子发不发光。看似好回答,认真分析会发现光子发光不行不发光也不行。光源是发光的根本,光又由光子构成,光子必定由光源发出。假设光源发出光子,再由光子发出光,这光发有些麻烦就麻烦吧;问题在一个光子里能蕴含多少光?能持续不断地长久发光吗?可断言若光子发光光传播走不多远,不要说光年而要说光时光分了;更要紧问题是光子的发光机理是什么?还有光子发的光又有由什么构成的问题,莫不是还要有光子构成,这要循环下去可不是事。再假设光子不发光,光子就成无用添堵之物,不会有光天化日朗朗乾坤。因此,还是让光源直接发光吧,不需要“光子构成光”中介联系。由上面假设和推理,可郑重说光子不能存在。

    二、不是光粒子作用而是光能量效应


    麦克斯韦光的电磁波说气吞万里如虎,在几乎全权管控了光的领地时,却横空出世了爱因斯坦的光电效应光粒子解释和康普顿光散射的光粒子解释,代表赞同粒子说者反戈一击使光粒子东山再起。由于两个获诺奖的理论举足轻重影响巨大,光的波动理论再受冲击但没有丢失大部地盘,或可算割让了部分领土给光子以立足之地。波与粒二者对立又被统一,于是始有光的波粒二象性说,更歪斜一步的邪性是量子力学说光既是波又是粒子。光子说反映的是光效应的表面现象,尽管能满足某种浅显的认识但从光子不存在的立场说来还是缺乏理性的根据。


    光电效应是赫兹发现的,他是实验家不能从理论上解释其本质原因。光电效应解释是爱因斯坦作出的,他推出了光电效应方程,据说是密立根验证方程成立但却有不利解释者的私密说法。由于科学家有信从波动的有信从光粒子的,爱氏的光子解释不可能没有因自家信从光粒子固有观念的影响,康氏的粒子解释也有崇尚爱氏的情愫而有萧规曹随的成分。爱因斯坦的光量子是对普朗克能量子的模仿,能量子是一份份能量,不是粒子,光量子也是一份份光的能量不能说是一个个粒子。对于康普顿解释,据说也有赞同模仿爱氏光量子理论的公开评说,缺乏客观独立思想。由于论理架构不同对两个解释评价有长有短,本文先说康氏解释再说爱氏解释。

    康普顿散射的粒子说,受光电效应的光量子启发,解释为光量子与电子相互碰撞过程中,光子把一部分能量传递给电子,减少了它的能量,因而也就降低了它的频率。此说缺乏稳妥,因为碰撞时间极短,些许能量不可能瞬间传递过去,而且光子也没多少能量,不可能有入射光子的高能量被吸收一些而变成低能量光子再反射出去。能量以波的形式运动也可以被吸收和反射,应该说X光的高频能量被吸收一部分变低频。若有光子,光粒子与电子相撞,理论上说要有动量与动能,但却是无法测量的物理量,因为量子力学说测不谁原理对一切微粒子都适用,还有宏观物体的物理量描述不可能无障碍适用于微观粒子。如果压根没有光子,即光不是粒子,光子和电子碰撞的动量和动能就说不通,故以经典力学的元素掺杂量子元素根本不能和谐。为什么不这样想:X射线穿透强,表面反射频率不变,深层反射能量被试验基体吸收一些使散射的部分X光线频率变低。

    光电效应方程hν=W+½mv2,每一个光量子都带有一份能量E,这份能量对应于光波的频率ν与普朗克常数h的乘积。方程左边是光量子能量,右边是电子逸出功加电子最大动能,可说方程左边在量子力学领域,右边在经典力学范畴,呈现两种不同特色和本性的力学相交协同做事,好像是能把不可能变可能的事,但要靠人的力量来战胜自然。在认可方程正确的前提下,方程中两边都有能量倒像一个关于能量的方程,而方程的解是光粒子打击电子的的动能,表征电子飞出了金属基体的速度。方程的左边倒真是量子表达式,没有光粒子啥事,怎么能有光粒子打出电子的故事呢?就算光量子就是粒子,但方程左边是光波频率不是粒子振动频率,因为若是粒子行为要有经典力学的质量和惯性等力学参量。由此判定,光电效应方程证实了光的粒子性是个伪证。光电效应的实质还是光能量所为,浅薄说频率高波长短穿透深使电子获得能量飞出,求实还应该有没想到的隐情。


    由光量子的一份能量变为光子的粒子,起事于美国人刘易斯在1926年把光量子改名为光子,人们包括爱因斯坦都认同。此后光量子夭折了,但到21世纪科学家搞量子通讯研究又复活现世,这时的光子和微粒子都称为量子使理论浑浊,此浑水是光和物质都有波粒二象性之说趟起的。由于光子很容易与电子中子质子等物质粒子并类入群,人们自然地将光子当成粒子,也就把粒子的功能平价地转移到光子身上。光电效应中一个光量子对应一个电子,这一份最小能量打出电子估量说办不到,也许要多个光量子即多份能量提升电子能量使电子飞出,就应该是光波做事了。其中还有时间问题,据实测说这个碰撞时间在10的负9次方之内,这光电换位瞬时间几乎没有时间延宕难容几个光子撞击的时间过程。电子和光子的质量大小有数据,如:电子质量为9.10311227×10^(-31)千克;光子质量最新估测为光子的质量都不会超过10的负54次方千克。就算光子质量是10的负44次方千克,光子与电子质量比还是差距特大。要缩小差距放并大光子,假说是芝麻比西瓜,光子打电子比喻为芝麻打西瓜,不知用多少芝麻能打飞一个西瓜。

    光电效应频率高的紫光打出电子,比紫光频高的紫外线、X射线和伽马射线都能打出电子,但不能按粒子撞击理解。其实说光的频率高光子的能量就大并不合适,光的频率是光波的频率不是光子的频率,光子没有频率。暗弱紫光也能打出电子,它的能量不见得比强烈的红光高,这应该考虑光波的频率和波长有某种实际作用。光波的频率决定能否打出电子,就应该说光发电子产生于电磁波的频率高穿透强,发出电子要有某一面内深度范围而不是基体表面。同是波的问题,声波在正常情况下没有能量效应,超声波就有能量效应,在于超声波的能量高,可用于清洗、焊接、碎石等作业,直接作用物体的是能量的波不是介质粒子的直接作用。激光的焊接切割作用也是光波,是同一频率光波的高度会聚产生高温,不是有光子作用。

    紫光与红光的能量不同但光速是相同的,可说两种粒子的质量和大小没有差别,光粒子的动能和力度也应相同:若真有光子的话。光电效应方程中是光量子行为没有光粒子行为,也就没有光子撞击的力致运动变化或动量,而电子的动能是电子的事。此时光量子还循规守矩在能量子范畴内,也就是在量子开初还没侵吞兼并粒子前,还是一份份纯能量,是黑体上辐射出的能量。后来的量子换体变身,是光子代换光量子后,光子即充当量子又充当粒子。从这里可看出将光量子称为光子不是简单的更名换姓,而是造成有实质内容的移花接木,产生了量子化身物质粒子的本质蜕变。


    结束语
    波粒二象性的二性两可含糊,将光的波与粒子两种解释半斤八两均摊平分,不再有光是波还是粒的争论,波粒两种论断同台主事和谐相处,光本性理论之争的数世纪大剧似乎落下了帷幕。但好事者的思考没有停止,看出波粒权重并不平衡:光子依旧是牛顿认可的微粒,即光是粒子流 陈年老物没有更新,当一个“光子发不发光”的疑问点了光子的死穴后,光粒子应该寿终正寝了;光波说却是进步的,光的麦克斯韦光波动摒弃了惠更斯波动借助以太填充物成波的理念,以电磁波为根本,使光有了本质内涵。
    2018930 于吉林扶余

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    发表于 2018-10-7 16:10:01 | 显示全部楼层
    高深的学问呢
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    没有光线,一切生命可能都将不复存在。
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    发表于 2018-10-9 09:27:52 | 显示全部楼层

    如果配上图,可能容易懂一些。
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    [LV.2]偶尔看看I

    发表于 2018-10-9 09:28:21 | 显示全部楼层
    科普宣传,很有必要呀。
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    [LV.Master]伴坛终老

    发表于 2018-10-12 09:02:17 | 显示全部楼层
    筋斗云 发表于 2018-10-9 09:28
    科普宣传,很有必要呀。

    说的是呀
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    射线有穿透力
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    [LV.1]初来乍到

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    光子有光吗
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