揭秘光的本质问题（上）

篇首语：

   在自然科学的研究中,人们注重的是“观察”和“实验”，确信“实验是检验真理的唯一标准”！几乎所有的实验都是利用它的“可视性”特点予以呈现和观察，或者是转化为“可视性”现象予以记录，以便分析和研究。作为呈现实验现象的重要工具的光，如果搞不清楚它的本质问题，就会影响人们对于实验结果的判定，甚至会产生错觉，造成偏差，尤其是在微观现象的研究中，这种可视性的呈现，显得更为重要。

在二十世纪中，人们光的认识，越来越搞不清楚，理论上认为它是一种电磁波，具有波动性，有一些实验基础，比如光的干涉、衍射以及偏振现象，似乎不用波动是解释不了的。爱因斯坦打破了这个认识，大胆的提出了光子说，合理的解释了光电效应，随后康普顿发现了光的散射现象，证明了光是粒子性的，这样，光到底是粒子的，还是波动的，似乎谁也说不清楚，谁也搞不明白了，于是，科学界为了“和稀泥抹光墙”，认为微观粒子具有“波粒二像性”，并称其为是唯物主义的观点，那些坚持认为“光如果是粒子，它就不可能是波，如果是波，就一定不是粒子”的学者，被冠以是唯心主义的“帽子”，这是科学上的武断，或者说是科学上的蛮横，是不公平的，也是不负责任的！

   笔者认为，科学是实实在在的学问，来不得半点的虚假！在自然科学的探究中，人们对于物质本质的认识，应该是本着实事求是态度，不可以采用“和稀泥抹光墙”的办法，也不可以采用蛮横的态度去压制他人，使用“唯物主义”和“唯心主义”的帽子，去给别人下定论，更是一种荒唐！实际上，光是一种“能量粒子”，不是电磁波！问题是我们如何利用光的能量粒子（粒子性），去解释它的“波动问题”，这似乎是很困难的，但并不是没有可能，因为，在微观现象的研究中，我们不仅要考虑光的粒子问题，还要考虑物质的微观结构，只有这样，才可能正确认识的认识光的本质。本文尝试着利用光的能量粒子的性质，去解释它引起的波动问题，希望大家能够仔细的推敲。

 

 

正文

 

   人类生活在地球上，接触最多的应该是光，如果没有光，什么事情也干不成，或者说，如果没有光，人类可能就无法生存，既然有了光，人类就需要认识它，搞清楚它的本质。对于光的本质问题，很早就有两种说法，一个牛顿的微粒说（1680年），它认为光是一个一个的微粒；另一个是惠更斯的波动说（1690年），它是研究波动的，在牛顿时代，人们只知道光的反射与光的折射定律，即所谓的几何光学，利用这两个学说，都可以得到解释，只是在解释光的折射时，波动说要求光的传播速度在折射系数大的介质里要慢些，而微粒说要求它的速度要大些，可惜在17、18世纪，没有精确的测定光速的方法，所以，两个学说并存，谁也战胜不了谁。

   到了19世纪，人们发现了许多新的现象，包括光的干涉、衍射与偏振现象，干涉与衍射是所有波动所共有的现象，对于这些新的现象，微粒说遇到了困难，譬如干涉，两条光线有时候互相加强，有时候互相抵消。如果是微粒，它们如何能互相抵消呢？至于光的偏振问题，波动说证明了光波是横波，而不是纵波。与此同时，光速度测定也有了比较精确的测定方法，结果证明了波动说是正确的。随后马克斯威尔创立了电磁波学说，证明电磁也有波动，而这种波动和光波一样，光的微粒说被彻底打倒了。

   到了19世纪末，因为光的电磁波学说不能够解释黑体辐射现象，为了解释黑体辐射问题，普朗克在1900年发表了他的量子论，接着爱因斯坦推广普朗克的量子论，在1905年发表了他的光子学说，圆满地解释了光电效应，这个光子说随着康普顿效应的发现，得到了实验的支持，光子说又复活了。

   爱因斯坦光子说的提出，重新引起了波动说和粒子说的论争，而且问题比以前更尖锐化了，因为凡是与光的传播有关的各种现象，如衍射、干涉和偏振，必须用波动说来解释，凡是与光和实物相互作用的各种现象，如实物的发射光（原子光谱）、吸收光谱、光电效应和散射光（康普顿效应），都必须用光子说来解释。从物理学角度上讲，“粒子”的运动是质点在空间的位移，这种位移不需要任何介质，而“波动”则是某种振动在介质中的传播过程，需要依靠传播介质的质点振动来实现，因此，对于光这个特殊的物质微粒，也不例外，是粒子的，就不应该是“波”，如果是“波动”，就绝对不应该是粒子，二者是完全不可以混为一谈的！

   然而，由于人们现有的认识水平和微观领域的物质结构还没有完全搞清楚，因此，还解释不了粒子为什么具有波动性，为了有一个大家都能够接受的办法，科学上认为“微观粒子具有波粒二象性”，随后证明了作为微观粒子的电子，也具有“波动”的性质，一个实物性微观粒子，无缘无故的在波动，或者是在振动，（原子核的热振动），几乎是“不可思议”的，牛顿力学的“因果律”也完全被否定，实际上，在微观领域，这种“因果律”是存在的，就看人们能否找到这种因果关系。本文首先利用光的粒子性分析一下它的衍射问题。

 

一、衍射现象

   所谓“衍射”是指“波动”在传播过程中遇到了障碍物上的小孔，波面能够通过小孔成为新的波动源而传播的现象，这是所有“波动”的共同特征，机械波的衍射现象和水面波的衍射如图（1—1、2）所示。

 

   科学家在研究光的现象时，发现光也有类似的现象，如果让光线通过障碍物上的狭缝，当狭缝比较大时，表现出了光的直线传播特征，当狭缝比较小的时候，在像屏上则出现了明暗相间的“衍射”条纹，如图（1—3）所示，此外，光通过一些物体时，也能够出现“衍射”现象，这样似乎就证明了光的“波动性”特征。实际上，这是一种错觉！

   首先，光是一种能量粒子，而物体的微观结构都是一些分子，它们又是由原子组成的，原子中的电子在原子核外绕核，能够受到光子的碰撞，根据碰撞的方向不同，能够产生不同的碰撞效果，一般是能够增大电子的绕核速度，况且在原子结构和分子结构中，都存在“双电子轨道”，（“双电子轨道”是一种新的发现，参阅后面将要推出的讨论《揭密“双电子轨道”》）当电子加大绕核速度以后，在“双电子轨道”中与反方向绕核的电子发生碰撞，就能够向外发射出新的光子，因此，当光线通过狭缝时，与狭缝的绕核电子发生碰撞，就会形成一些散射的光子，着落在光屏上的不同位置，而形成“衍射”条纹。其中的暗条纹是光子着落不到的位置，这并不是一个抵消的问题。此外，当光线通过一些物体时，也能够形成类似的“衍射”条纹，形成机理是一样的。

  

   所谓“双电子轨道”，是两个电子在同一个平面圆周式的“微场”中，沿相反的方向绕核而形成的电子轨道，就像两个玻璃球在一个管道中沿相反的方向运动，这个条件是苛刻的，也是特殊的，当两个电子在管道中相遇，由于同性电荷的排斥作用，绕核速度变小，绕核半径变小，当它们相背时，同性电荷的排斥作用而加大了绕核速度，绕核半径变大，因此，两个电子在“双电子轨道”中具有“上下波动”的特点，同样的道理，两个电子在相遇点，由于同性电荷的排斥作用而彼此远离，同时又受到“微场”的束缚作用而偏向“微场场心”，因此，两个电子在“双电子轨道”中又“左右摆动”的，这种“上下波动”和“左右摆动”的合成，就是一种螺旋式的“轨迹波”运动。

   如果两个电子在平面圆周式的“管道”中不发生“迎面碰撞”，那么，“轨迹波”的波长的整数倍应该等于圆周轨道的圆周长，即：

nλ  =  2πR

   只有满足这样的条件，两个电子在“双电子轨道”中才不会发生碰撞，这样电子的运动才是稳定的，两个电子中只要有一个被外来光子碰撞，上述条件就不再满足，两个电子在“双电子轨道”中就会发生擦边碰撞，此时就会向外发射出新的光子，这就是光子通过比较小的狭缝或者是通过比较小的孔径时，就会出现所谓的“衍射”现象的原因。

 

   此外，当光子穿射铁针时，光子也能够与组成钢针的原子中的绕核电子发生碰撞，从而加大绕核电子的绕核速度，也会出现类似的“衍射”问题，这些都是一个绕核电子——吸收光子——再向外发射光子的过程，并不是一个“衍射”问题。

   “双电子轨道”是目前科学上还不熟悉的客观存在，它的发现，对于研究光的粒子问题、热运动的本质问题、以及研究原子结构问题和分子结构问题，都具有非常重要的意义。

 

下文我们讨论光子干涉现象，敬请关注，谢谢！！！

 作者：王衡