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光的本质是什么?
如何理解光的波粒二象性?
量子实验 室中国科学院物理化学博士物理学教授,科研教学之余的趣味科普。
​光的本质,一直争论了几个世纪,在物理学史上留下了非常精彩的篇章。
从牛顿的微粒说,惠更斯的波动说,两派战斗了几百年,中间更有胜负;到了19世纪,菲涅尔,托马斯杨等验证了光的干涉,衍射等性质,波动说占了上风,随着麦克斯韦的电磁波理论出现,人们理解了光是一种电磁波。
爱因斯坦光量子理论,光的波粒二象性
1905年,爱因斯坦提出了光量子理论,并以此解释了困扰人们多年的光电效应现象,在光电效应里,光的粒子性得到了验证,光是携带能量为E=hv的微粒,和金属中的电子发生作用,把能量全部转移给电子。 爱因斯坦后来指出,光是波粒二象性,在转移能量时会表现出来粒子的性质,而在它的传播过程中体现的是波动性。
爱因斯坦以光量子理论及其对光电效应的解释,获得1921年的诺贝尔物理学奖,
对,不是相对论获奖,因为那时验证相对论的实验还没有完成,而光量子理论已经被多个实验所证实,最出名的就是密立根光电效应实验(获得1923年诺贝尔物理学奖),和康普顿散射实验(获得1927年诺贝尔物理学奖)。
如今的各种光电器件,光纤通信,我们能够上网和各种通信,都是依赖于爱因斯坦的光量子理论贡献。
光量子的思想却在继续发酵,引出了后续的量子力学发展
爱因斯坦是量子论的先驱,法国的德布罗意在爱因斯坦的光量子的启示下,更是惊人的想象力提出一切微观粒子都是波粒二象性,提出了物质波理论。而薛定谔为了寻找物质波的波函数提出了薛定谔方程,海森堡等提出矩阵力学和不确定关系,玻恩提出了波函数的概率统计,以上形成了整个量子力学的发展基础。
量子实验室,专注科学问题,欢迎评论和关注。
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他乡云难掩故乡月 义乌天妙饰品厂厂长12-31 14:13
​视觉-对光子性质的理解及对量子力学的质疑
​摘自《论思维与人工智能》
我们为什么会看见物体?光子从哪里来?光子又去哪儿了?我们的时间和光子有什么关系?
光子及一切电磁波(粒子)都是基本粒子,但是为了和量子力学的概念加以区分,我后面将光子及电磁波(粒子)统一称为 基本粒子。
基本粒子有怎样的性质,基本粒子是以自旋同时螺旋运动的,最高运动速度为 299792.458km/s的最小物质。基本粒子的运动速度是可变的。
怎样证明基本粒子是粒子不是波?双缝实验及视网膜成像都可以证明基本粒子是粒子。首先,当基本粒子以380~780nm的直径螺旋运动时称为光子,(画的不好)双缝实验中,光子在缝隙中通过时,由于光子以380~780nm直径做螺旋运动,通过缝隙的光子在后面屏幕上形成视觉上的干涉条纹,给人以波的性质的错觉,实际上是光子的螺旋运动形成的,以380~780nm螺旋运动的光子通过缝隙时,由于螺旋运动直径比粒子本身大很多,必然有一些会被缝隙边缘遮挡,当光子数量很少时,会明显观察到光子的粒子性,当光子数量增加,被遮挡的光子也增加,通过缝隙的光子与没通过的光子必然形成明暗条纹,与我们观察不观察没有一文钱关系,而量子力学以双缝实验中波的性质的假象为基础进行的逻辑推理必然得出错误的结论,当然,数学运算的过程还是正确的和科学的。但是只有基于光子及一切电磁波都是螺旋运动的粒子这样的认识才能正确解释双缝实验的结果以及物质世界是唯物的而非量子力学的观察决定物质性质的唯心论。
再来说说视觉,现代理论由于对光子没有科学的认识,所以对视网膜成像的解释也是错误的。视网膜上有锥状体和柱状体,锥状体是锥状的,当光子以380~780nm直径螺旋运动垂直镶嵌到锥状体上,我们就可以感觉到颜色,锥状体尖端镶嵌380nm时,我们可以感觉到紫色,锥状体末端镶嵌780纳米时,我们可以感觉到红色,锥状体中段镶嵌500nm时,我们可以感觉到绿色,以此类推,我们就可以感觉到各种颜色。当光子垂直照射到柱状体上,我们就可以感觉到黑白,基于我的这个理论,色盲症的成因也可以合理的解释了,甚至全色盲的成因就是因为视网膜上没有锥状体。而眼睛的其他所有器官都是围绕视网膜来工作的,所有其他器官都是为了光子刚好垂直于视网膜的锥状体和柱状体上,如果光子不是垂直于锥状体和柱状体上,我们就看不清物体了。
这样我们可以定义一下视觉了,视觉: 生物用感觉器官来感知由基本粒子发生源(光源)发出的每秒约30万公里运动的基本粒子的感知过程,就是视觉。如果单纯说光源不标准,因为有些生物的视觉范围比人类宽,可以感觉到红外线或紫外线。
视觉怎样产生的?当我们的远古祖先还是单细胞生物的时候,光子照射到单细胞生物上,单细胞会对光子(温度)做出收缩等等各种应激反应,就是感知的过程,同时也是本书的重点——思维的前提,记忆产生的原因。(后面再来说)
有些科学家说牛是看不见颜色的,我们只要看一看牛的视网膜有没有锥状体就可以断定牛能不能看到颜色。
物质世界的所有物质都是由基本粒子组成的,包括原子核和核外电子,光子及一切电磁波(粒子)等同于核外电子,只不过核外电子的运动速度没有达到光速,而核外电子达到光速时就挣脱原子核的束缚,脱离原子核的控制成为光子或者电磁波(粒子)。 待续
原创作品,转载请告知(图片画的不好)
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布鲁诺二02-01 14:13
​第四节,光子的形成(《能量球理论》百度贴吧能量球理论吧)
​光子是宇宙基本的物质单位和能量单位,光子是能量球吸收和发射的粒子,光子的光速惯性碰撞运动使能量球获得反作用力而实现运动。能量球组成万物,光子又推动能量球,是光子的动能推功宇宙万物的运动。宇宙万物都在不停地吸收和发射光子,光子在宇宙中大量存在,宇宙是光的宇宙。
光子是由基子组合的,基子是两头带粘性的条状体。在大爆炸的环境里,基础物质大量组合出基子,基子与基子的惯性碰撞形成粘连组合。
由于基子是两头带粘性的条状体,这样在基子的惯性碰撞中很容易也只能在基子的两头才能形成有效粘连。因为两头是种蓬松结构,碰撞使彼此在蓬松处形成物质上的融合和应力拉扯以及不被分离的粘连组合。
基子只能在两头进行粘连,这样就很容易形成以某点为中心的辐射状粘连组合结构,就如同一个光点向四周辐射一样。当然这种粘连并不是很规则,也有乱七八糟的状况,这些都是随机碰撞形成的。在随后的基子粘连中,它们以这个辐射状组合体为依托,沿辐射线向外粘连扩展。随着这个组合体越来越大,其表面也越来越毛糙,高低不平,形成一些突击。突起在空间里的扫荡,也就更容易获得基子粘连,而使突起越粘越长。整个组合体表面都是如此,都长满了这种突起的触须。突起的触须越粘越长,整个组合体就象个浑身长满触手的章鱼。当两个浑身长满触须的组合体碰撞在一起时,就会形成彼此在触须上的合抱和形成粘连组合。
这种浑身长满触须的基子组合体就是光子,那些触须我们把它叫做光毛。这是没有脱去光毛的原始毛光子,是没有经过循环历练和打磨过的光子。光速运动的光子是脱去光毛的光子,是紧实圆滑和富有弹性的光子。
毛光子的作用是能形成光子间的组合和能组合出能量球。脱去光毛的光子成为能量球吸收和发射的粒子,被塑造成宇宙的动力之源。光子本身就是种毛光子,脱去毛才能成为能量光子。
这样的光子与主流理论的光子是大不相同。主流理论的光子是无静止质量的光子,真不知无质量的东西究竟是种什么东西?光子我们应首先确立它的物质性,是物质我们就应用物质的概念来定义。物质是种有形,实在,不灭的东西,光子作为物质粒子就应有质量,有形态,永不湮灭,且具有阻挡性和碰撞性。
主流还认为光是种波,如果光是种波,那媒质又是什么呢?是以太吗?如果空间是种以太结构,那物质在以太中又如何运动?以太又是否具有阻挡性?以太是物质的还是非物质的?空间如果是物质结构,那物质粒子就很难运动。空间如果是非物质结构,那非物质又是种什么东西?空间既不可能是物质结构,也不可能是非物质结构,空间是种一无所有,物质是存在于一无所有的空间环境中的。
主流总说光速恒定,而光速又是什么呢?如果光速是光子的运动速度,那光子又是如何运动的呢?是外力推动还是内力作用?是引力运动还是惯性运动?主流不讨论光子如何运动,只认定光速恒定。而引力根本就不存在,内动力又不可实现,光子是种光速惯性运动,是不需要力的运动。
光子在宇宙中大量存在,但我们却无法观测,看不见并不等于没有。宇宙中一切物体都存在辐射,辐射出的光子遍布宇宙空间,宇宙是光的宇宙,宇宙能量是光子的动能,所谓的暗物质,暗能量,背景辐射等都是光子的运动表现。
光子在空间里,在星体中,在原子内作永无休止的光速惯性碰撞运动。光子在碰撞中保持光速不变,说明其碰撞是种完全弹性碰撞。两个光子的碰撞改变的是方向而不是速度,当然这只是在光子不做功的情况下。
光子是完全弹性碰撞,根本就无法组合。光子是由基子组成的,原始光子是种毛光子,毛光子之间的组合形成能量球。能量球是种动力装置,能量球组合万物,脱毛光子成为能量球的动力之源,一切都是宇宙循环选择的结果。
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哆啦15251835301-02 04:29
​这个问题平常很难想到,也是很难说清的问题。
​1、光是怎么产生的。我们已知:有物质燃烧产生的,有物质爆炸产生的,有物质相互摩擦产生的,有物质特性产生的,有电流使用产生的,有生物运动产生的,有空气流动产生的,等等。
2、光的几个主要特性。我们已知:有亮度上的不同,有大小范围的不同,有产生时间长短的不同,有冷热程度上的不同,有传播速度和距离上的不同,有可利用与不可利用的不同,等等。
3、光的内在和外在本质。光的內在本质有可能是物质作用与被作用,形成的多种变化后产生的结果。光的外在本质有可能是一种相对平静或剧烈变化的表现形式,具有对其他物质和生物的影响或非影响能力。
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笔名老堪02-02 20:06
​原则上讲,世界的本质是能量,光是能量。再具体地讲就比较复杂了,并可能涉及一部分心理学和哲学内容。我的理解是:对于任何一个运动的物理现象,我们都可以从能量、质量的角度获得对它的测量,也可以从空间、时间的角度对其进行测量。由于空间和时间属于我们心理的量在物理(尺子和时钟)上的反映,更由于心理"经济"的原则,速度反映在物理上的只有心理量的1/2次方。也就是说,对于速度的测量,我们获得的数据仅仅是那个物理现象所产生能量与质量之比的平方根。光从A到B的运动也依照这个原则进行。我们己经具备了将两者结合起来的物理学知识,如E/m=c²。但也许是由于我们在认知科学方面还比较落后的原因吧,我们先天地就分不清这两种测量的区别,后天又不知道尚存在这样的区别。我猜测,在双缝实验中,我们在屏幕上看到的衍射是光的速度造成的。速度本该经由心理渠道并通过物理的方式表达,在这个实验中光速直接以物理的形式展现在屏幕上了。这是一种非正常的观察方式,它与我们的习惯不符,与我们现有的知识也不符,而科学的我们又很烦感什么心理因素在里边搅和,于是在没办法的前提下,我们就用“波粒二相性”敷衍自己了。简单说就是:我们知道光速和光粒子运动之间的关系,但不知道速度是心理的量。当速度真的以物理量的形式反映在双缝实验的屏幕上时,我们便不知所措了。伽利略经过实验首先知道了物质运动和速度之间的关系,但他并没有说这是为什么。至今人们也不想知道那是为什么,只以学到伽利略给出的结果而自豪。要回答为什么,从现在看,只有哲学家才有责任回答,介可惜的是,哲学家早就被科学的辉煌成就害了眼。科学的东西科学家也不愿意让哲学家参与,生怕毁了他们的名声。于是波粒二相性问题短时间内,起码三十年内,不会得到解决。我现在知道只有两个在世的科学家迫切需要哲学家的帮助,一是霍金二是斯莫林。霍金是没人管他,于是他大骂“哲学己死”,斯莫林也只是哄着几个没流儿的哲学家玩玩,自称是跟那几个哲学家相处的那几天是他最幸福的时光。
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超级科学大师
​光的本质是什么?
​杨春华先生用统一场论回答这个问题。光是具有波粒二象性的物质。这是量子力学的基础。
在杨春华统一场论中,光波是引力波和电磁波的谐振波,共振波。光子是有牛顿质量的。光子的能量是1/2的动能加上1/2的电磁能,他的数学表达式是杨春华能量方程。能量方程中的m就是光子的质量。杨春华能量方程和爱因斯坦的质能方程形式上是一模一样的,但是内涵完全不同。
杨春华能量方程 E=mv^2 的内涵是1,它表达了光子是什么和他的行为特征。2,它表达了宇宙中物质的质量和两种能量系统的关系。两种能量系统是电磁能和引力能。
杨春华先生光子形成的机理 光子是如何形成的呢,在宇宙中有一种最古老的物质以太,也是最原始的物质。在宇宙中存在的最基本的能量体系,引力能和电磁能,这两种能量在以太中共振就形成了光子。这个概念是杨春华先生的首创,杨春华先生拥有完全的知识产权。
光波的本质是,光波是电磁波和引力波的谐振波,共振波。傅里叶频谱分析对于引力波一样有效。
杨春华先生光子形成的机理,就是杨春华光子定理。杨春华先生为光子定理,向诺贝尔奖委员会申请诺贝尔奖。
杨春华光子定理 电磁能和引力能在以太中谐振,共振产生光子。光子是能量的基本单元。傅里叶频谱分析深刻地揭示了宇宙中两种能量的运动规律。
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微报天下 贵州省大方县新闻信息中心编辑记者02-02 10:54
​牛顿说,光的本质是粒子,有人反对,说光的本质是波。麦克斯韦最后拍板,光就是某些频率阶段的电磁波,直接宣布牛顿落败,让他独自在九泉之下叹息。
​最后,量子力学来了,说光具有波粒二象性,在某些情况下表现波动性,在某些情况下表现粒子性,再次给光蒙上了一层神秘的面纱。
爱因斯坦说,光的本质就是能量,并且是量子化的,在空间传播时,光实际上是一份一份传播的,而不是想我们肉眼看见的那样说连续的。
能量是什么?在我们的思维里面,能量就是一切运动的力量来源,没有能量,一切将停止。那么,能量可以不依附任何实体而单独存在吗?
目前看来,能量和物质是不可分离的,凡是物质都有能量,凡是能量都必须以物质作为载体。那么光作为能量,它也应该有载体,但是目前对它的载体是扑所迷离的,有人将这个载体叫做光子,是一种没有质量的粒子!
没有质量,又叫做粒子?这种粒子真的存在吗?
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不吃肉的同学
​光是一种能量的形态,它可以从一个物体传播到另一个物体,其中无需任何物质作媒介。
本质是波粒二象性。什么是波,什么是粒。
在讨论光的本质之前,先认识一下波。
粒,形象的说就是很小很小的物质。挺多最多的是什么天使粒子,上帝粒子,这样的。
水波:把一颗石子扔入水中,在石子的落水点就会向四周辐射出波纹,即水波。
声波:敲击木鱼,被敲击的木鱼就会发出清脆的响声,即产生了声波。
拥有这两种性质的,光是量子化的。可以在真空传播。
高中知识,我也不太懂高深的,只是说些自己的理解,希望指出错误,避免误导大家。
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