从光波的属性认识量子

                              胡  良                                  

                  深圳市宏源清实业有限公司 深圳市  518004   

摘要：

   光波是由原子内部中，运动的电子产生的．而各种物质的原子内部电子的运动情况是不同的。因此，其原子发射的光波也不同．通过研究不同原子的发光和吸收光的情况，可以深刻理解量子理论及相对论。

  不同元素的光谱不一样，或者说，不同元素吸收和跃迁释放出的光的波长不一样，从而产生颜色的差别。对于单原子的形式，取决于原子的电子激发能。在可见光的范围内吸收某一部分光线，则体现了剩下的部分的光线的颜色。如果该原子的电子可以吸收任意的光线，则该原子显示黑色；如果该原子不吸收任何光线，则该原子显示白色。如果该原子能吸收短波部分的光线，则该原子组成的物质显示红色（或黄色）。而光子体现为最小的能量单元，是一个新的物理常数（能量特征常数），这样，从一个新的视角(通过量纲分析)对物理现象进行解读，让复杂的物理现象变得简明并具有逻辑性。

关键词：光子，能量，普朗克常数， 对称性破缺 

分类号：O413,O412

1引言

   光波是由原子内部中，运动的电子产生的．而各种物质的原子内部电子的运动情况是不同的。因此，其原子发射的光波也不同．通过研究不同原子的发光和吸收光的情况，可以深刻理解量子理论及相对论。

不同元素的光谱不一样，或者说，不同元素吸收和跃迁释放出的光的波长不一样，从而产生颜色的差别。对于单原子的形式，取决于原子的电子激发能。在可见光的范围内吸收某一部分光线，则体现了剩下的部分的光线的颜色。如果该原子的电子可以吸收任意的光线，则该原子显示黑色；如果该原子不吸收任何光线，则该原子显示白色。如果该原子能吸收短波部分的光线，则该原子组成的物质显示红色（或黄色）。

  目前，现代物理学的核心理念是时空相对性，量子化，对称性及相位因子等。广义相对论中的引力被描述成为时空的一种几何曲率；而时空曲率则与处于时空中的物质与辐射的能量-动量张量相联系。量子力学主要有薛定谔方程及狄拉克方程。薛定谔方程有三大不足之处，与相对论不太符合，不适合应用静止质量为零的粒子及不能够描述原子光谱的精细结构^[1]。

  狄拉克方程能够描述原子光谱的精细结构，并推导出电子的自旋量子数。推导狄拉克方程的过程，其系数方程是没有实数和复数解的，但是狄拉克想到了用矩阵解及采用一种待定系数法^[2]。

  狄拉克方程在量子电动力学中也面临一些困难。但是，量子电动力学用相当复杂的数学处理解决了。

  狄拉克方程是基于薛定谔方程推导出来的。这两个方程的推导方法都是依靠数学类比和算符代换^[3]。而具有普遍意义的物理方程应该是通过底层的公理基础完成的。

2 光子的对称性破缺

  为了更直观表达能量特征常数理论，借助量纲分析及物量常数进行定性及定量分析。

  根据能量特征常数理论,

在不同的边界条件，可演变为如下几种情况.  

第一种情况:三维空间在一个空间维度破缺，量纲为

[L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(0)],其中量纲[L^(3)T^(-1)]体现能量的质量属性.量纲[L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)]体现能量的动能属性，量纲[L^(1)T^(0)]体现二个惯性体系之间的距离，与二个惯性体系的势能相关，与惯性体系空间对应，体现广义相对论的测地线属性。

  第二种情况:三维空间在二个空间维度破缺 ，量纲为

[L^(3)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]*[L^(2)T^(0)]， 

 在一定边界条件下,可转化为万有引力方程，量子纠缠本质上是微观的万有引力。

 对于二个惯性体系来说，量纲[L^(3)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]*[L^(2)T^(0)]等价于[L^(3)T^(-1)]*[-L^(1)T^(-2)]*[-L^(2)T^(0)]。

这意味，量纲[L^(3)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]，体现万有引力属性。

而量纲[L^(3)T^(-1)]*[-L^(1)T^(-2)]体现负万有引力属性。

  从另一个角度来看,量纲[L^(3)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]*[L^(2)T^(0)],

其中量纲量纲[L^(3)T^(-1)]体现了万有引力与该两个惯性体系的质量之积成正比.量纲[L^(2)T^(0)],体现了万有引力的大小与两个惯性体系的距离的平方成反比.这实质上就是万有引力方程的本质，是能量在二个维度破缺的情况下的物理属性。

 第三种情况:三维空间在三个空间维度破缺 ，量纲为

     [L^(2)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]*[L^(3)T^(0)]及 

     [L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(-1)]*[L^(3)T^(0)]。

   在一定边界条件下,体现为静磁场及静电场属性。

  对于惯性体系来说，量纲[L^(2)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]*[L^(3)T^(0)]等价于[L^(2)T^(-1)]*[-L^(1)T^(-2)]*[-L^(3)T^(0)]。

  这意味，量纲[L^(2)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]，体现磁场的北极属性。

而量纲[L^(2)T^(-1)]*[-L^(1)T^(-2)],体现磁场的南极属性。

  对于惯性体系来说，量纲[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(-1)]*[L^(3)T^(0)]等价于[L^(2)T^(-2)]*[-L^(1)T^(-1)]*[-L^(3)T^(0)]。

  这意味，量纲[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(-1)]，体现正电场属性。

而量纲[L^(2)T^(-2)]*[-L^(1)T^(-1)]体现负电场属性。

  第四种情况:三维空间没有破缺，量纲为

[L^(2)T^(-1)]*[L^(2)T^(-1)]*[L^(2)T^(-1)]，等价于

[L^(3)T^(0)]*{[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(-1)]}*[L^(0)T^(0)]，等价于

[L^(3)T^(0)]*{[L^(2)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]}*[L^(0)T^(0)]。

在一定边界条件下,可转化为麦克斯韦方程,体现为磁场及电场属性。

 量纲[L^(3)T^(0)]*{[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(-1)]}，体现光子的电场属性.量纲[L^(3)T^(0)]*{[L^(2)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]}，体现光子的磁场属性.而两者之间的动态变化体现光子的电磁波属性.

3光子的惯性体系空间及三维空间速度

  宇宙是由能量组成的,万事万物都只是能量的属性之一.能量是绝对的,故能量守恒定理是绝对的.而能量的其它物理属性具有相对性;因此,能量的其它物理属都是在一定边界条件下的守恒.

  从量纲的角度看,对于两个惯性体系来说,能量的量纲表达式之一

是:[L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(0)]

  量纲[L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(0)]体现了能量在一个维度空间破缺.量纲[L^(3)T^(-1)]表达能量的质量属性.量纲[L^(2)T^(-2)]表达能量的动能张量属性.量纲[L^(1)T^(0)]体现了两个惯性体系之间的距离,其内涵是广义相对论测地线属性.

  对于两个惯性体系来说,能量的量纲表达式之二是:[L^(3)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]*[L^(2)T^(0)].

  量纲[L^(3)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]*[L^(2)T^(0)]体现了能量在二个维度空间破缺.量纲[L^(3)T^(-1)]表达能量的质量属性,量纲[L^(1)T^(-2)]表达能量的引力张量属性.量纲[L^(2)T^(0)]体现了两个惯性体系之间的距离平方.

  任何一个惯性体系具有三要素：该惯性体系拥有的惯性空间，量纲是L^(3），大小用V表达；该惯性体系拥有的三维空间速度,量纲是[L^(3)T^(-3)]，由于量纲[L^(3)T^(-3)]等价于[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(-1)]，相当于动能-动量张量，故可以用T_uv表达；该惯性体系含有的基本粒子总量,用N表达。该惯性体系能量大小

是L^(3）*[L^(3)T^(-3)]，

  则有： V * T_uv = [Vp* C^(3)]* N

可见：[[V/N] *T_uv  =  Vp* C^(3)，体现了广义相对论的内涵。

  当其三维空间速度（相当于广义相对论的动能-动量张量）趋于三维光速时；该惯性体系空间，V/N，就会趋于三维普朗克空间, 此时,该惯性体系的温度趋于无穷高. 当其三维空间速度趋于无穷小时；该惯性体系空间，V/N，就会趋于无穷大的空间, 此时,该惯性体系的温度趋于无穷小.体现了与热力学之间的联系。

  能量的量纲L^(3)* [L^(3)T^(-3)]，可简单表达为[L^(6)T^(-3)]。

  该表达式，体现了所有基本粒子能量单元（一个最小的惯性体系）的量纲.其它的惯性体系都是由最小的惯性体系(最小的能量单元)相互聚集及相互影响的结果;体现了能量的三维空间，量子化及对称性等属性.

4牛顿定理与广义相对论的内在联系

  通过量纲分析牛顿定理与广义相对论的内在联系。

     牛顿定理的量纲分析，

量纲[L^(3)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]*[L^(2)T^(0)]

量纲[L^(3)T^(-1)]体现为质量，用m表达。量纲[L^(3)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]体现为万有引力，用F表达。量纲[L^(2)T^(0)]体现为两个惯性体系之间距离的平方，用L^(2)。万有引力常数用G表达。

        万有引力公式          F=G*(m₁*m₂)/L^(2)

从量纲来看，[L^(3)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]=G*{[L^(3)T^(-1)]*[L^(3)T^(-1)]}/L^(2)

因此，可推导出,G的量纲是T^(-1)。

      而C=ν*λ=(1/t)*λ=ν_p*λ_p=(1/t_p)*λ_p,其中C表达真空中的光速，ν表达频率，λ表达波长，t表达时间，ν_p表达普朗频率（能量最大的频率），t_p表达普朗克时间（能量最小的时间），λ_p表达最小的波长（等价于最小的普朗克长度L_p）。

可见，G的实际大小是：ν_p或1/t_p。

   广义相对论量纲分析，

   度规是给定坐标的选择后，由坐标系性质构成的一个张量，即g_UV，描述了空间的属性，如果该张量是常量，则表达了空间是平直的。如果该张量是与坐标相关的变量，则表达了空间是弯曲的。

 能量的量纲是[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(-1)]

 其中，该惯性体系由N个基本粒子（最小的能量单元）组成；量纲[L^(3)T^(0)]体现为惯性体系的空间，用V表达；量纲{[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(-1)]}表达能量的动能-动量张量，用T_uv表达。

        可见，  N*[Vp*C^(3)]=V*T_uv

          即：N*（Vp/V）=[1/C^(3)]*T_uv

   爱因斯坦场方程表达为： R_uv-1/2*R*g_uv=k*T_uv 。其中R_uv为里契张量体现了空间的弯曲状况。T_uv为能量-动量张量，体现了物质分布和运动状况。R是由理奇张量缩并的曲率标量，g_uv为度规，k为系数。该方程意味，空间物质的能量-动量（T_uv）的分布等效于空间的弯曲状况（R_uv）。

  通过比较可知：N*（V_p/V）相当于广义相对论的R_uv-1/2*R*g_uv；

[1/C^(3)]*T_uv相当于广义相对论的动能-动量张量，即k*T_uv 。

可见广义相对论是能量特征常数的应用之一。

  对于由基本粒子（最小的能量单元）构成的惯性体系,基本粒子在其惯性体系空间的分布，具有均匀及不均匀等情况;因此,在空间中,物质的能量-动量（T_uv）也会出现对应的分布。

  此外，从T_uv=（N/V）*[V_p*C^(3)]来看 ，由于惯性体系所含的基本粒子是有限的，即，N是有限大的;而V_p*C^(3)是能量特征常数.所以，当T_uv趋于零时，惯性体系的空间(V)就会趋于无穷大。反之，当T_uv趋于时C^(3)，惯性体系的空间(V)就会趋于N*V_p，体现了黑洞的属性.

  而对于二个惯性体系来说，如果，其中第一个惯性体系含有的基本粒子数为N₁，第二个惯性体系含有的基本粒子数为N₂。则有：

第一个惯性体系：Vˊ* T_uvˊ=N₁*[V_p*C^(3)]

第二个惯性体系：V"*T_uv"=N₂*[V_p*C^(3)]

可见：（Vˊ/N₁）* T_uvˊ=（V"/N₂）*T_uv"

  换个角度来看，

  对于能量(E)的量纲[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(-1)]*[L^(3)T^(0)]来说，量纲[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(-1)]体现了动能-动量张量，量纲[L^(3)T^(0)]表达了惯性体系空间，体现了测地线属性。对于任一惯性来说，由于是能量是一个常数，故量纲[L^(3)T^(0)]体现了曲率越大（相当于空间越小），则其动能-动量张量越大。

  惯性体系在在引力场中具有的能量叫做引力势能，如果将无限远处定为引力势能的零势能点，则引力势能表达式是E_p=-GMm/L。其中M为产生引力场物体（惯性体系）的质量，m为研究对象（惯性体系）的质量，L即：[L^(1)T^(0)]表达了两者质心的距离。可见，能量的动能属性及势能属性具有内在的联系.

5光子与普朗克常数

  普朗克常数与波粒二象性具有内在的联系。

能量特征常数H_u=V_p*C^(3),量纲是[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(-1)]或[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]。体现了最小的能量单元。

而普朗克常数h=Vp*C^(2),量纲是[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(0)T^(0)]。

可见H_u=h*C^(1),这体现了能量特征常数（H_u）将量子理论（普朗克常数h）与广义相对论（光速C）统一起来了。

  普朗克常数的量纲，等价于[L^(3)T^(-1)]*[L^(1)T^(-1)]*[L^(1)T^(0)]，其中量纲[L^(3)T^(-1)]*[L^(1)T^(-1)]体现为动量，用P表达。量纲[L^(1)T^(0)]体现位移（波长属性），用（λ或L）表达。可见h=p*λ

  普朗克常数的量纲，也等价于[L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(0)T^(1)],其中量纲[L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)]表达为动能，用E_k表达，量纲[L^(0)T^(1)]表达为时间，用t表达，相当于1/ν，其中ν表达频率.

可见,h=E_k*t或E_k=h*ν

  普朗克常数的量纲，也等价于[L^(2)T^(-1)]*[L^(1)T^(-1)]*[L^(2)T^(0)],其中量纲[L^(2)T^(-1)]*[L^(1)T^(-1)]表达为动量矩，量纲[L^(2)T^(0)]表达为方位角。

  综上所述,从量纲分析，可推导出，公式h=p*λ及E_k=h*ν，体现了普朗克常数与波粒二象性的本质联系。

6物理常数，空间常数及运算法则等内涵

  时间是无始无终的，连续的，具有单向性，体现了能量的状态变化过程。静止的空间是无穷大的，连续的，体现了能量所处空间的广延性。但是，能量是量子化的，具有最小的能量单元，其量纲是，L^(3)* [L^(3)T^(-3)]，是一个物理常数，等价于基本粒子的能量。然后由最小的能量单元聚集成较大的能量惯性体系。能量的各种物理属性具有量子化的特点。任何惯性体系的总能量都是有限大的，任何惯性体系的能量是守恒的，但其质量，动能，动量等能量的其它属性是相对的，在一定的边界条件下才守恒。

 第一：空间属性的常数

  空间属性的常数具有五大基本参数，自然对数的底e，圆周率π，两个单位：虚数单位i和自然数的单位1，无穷小0。

  其内在联系是Euler公式: e^iπ+1=0。

第二；能量相关的常数

  普朗克常数(用h表达),量纲是L^(3)* [L^(2)T^(-2)],是一个物理常数，大小等价于V_p*C^(2)，即h=V_p*C^(2).

  能量特征常数H_u=V_p*C^(3),可见H_u=V_p*C^(1)

体现了广义相对论（光速），量子理论（普朗克常数）的内在联系。

  最小的普朗克长度，用L_p表达，量纲是[L^(1)T^(0)]；最小的普朗克面积，用S_p表达，量纲是[L^(2)T^(0)]；最小的普朗克空间，用V_p表达，量纲是[L^(3)T^(0)]。

  能量（惯性体系）用E表达，量纲是L^(3)* [L^(3)T^(-3)]，

  等价于L^(3)* [L^(2)T^(-2)]* {[L^(0)T^(-1)]*L^(1)T^(0)]}，其中量纲L^(3)体现惯性体系的空间属性，量纲[L^(2)T^(-2)]体现惯性体系的动能张量，量纲[L^(0)T^(-1)]体现频率属性，量纲L^(1)T^(0)]体现波长属性。量纲[L^(0)T^(-1)]*L^(1)T^(0)]即[L^(1)T^(-1)]体现为一维空间速度。

  能量量纲也等价于

[L^(3)T^(-1)]* [L^(2)T^(-2)]* L^(1)T^(0)]。

其中，量纲[L^(3)T^(-1)]体现惯性体系的质量，用M（或m)表达。量纲[L^(3)T^(-1)]* [L^(2)T^(-2)]体现惯性体系的动能，用E_k表达。量纲L^(1)T^(0)]，体现对称性一维空间破缺，体现广义相对论的测地线属性,体现为二个惯性体系之间的距离（体现波长属性），体现了势能属性。

 从动能的量纲[L^(3)T^(-1)]* [L^(2)T^(-2)]来看， E_k=m*C^(2),其中，质量m的量纲是[L^(3)T^(-1)] ， C^(2)的量纲是   [L^(2)T^(-2)] 。体现了质能公式。

  另一方面， E_k=h*ν，其中普朗克常数用h表达,其量纲

是L^(3)* [L^(2)T^(-2)]。频率（ν表达），其量纲是[L^(0)T^(-1)]。

  能量E的量纲[L^(3)T^(-1)]* [L^(2)T^(-2)]* [L^(1)T^(0)]，

动能E_k的量纲[L^(3)T^(-1)]* [L^(2)T^(-2)]；量纲[L^(1)T^(0)]（用L表达）体现了势能属性。

     可见，E=E_k*L  

换个角度来看，与能量相关的常数有：

普朗克长度（最小的长度）L_p，量纲[L^(1)T^(0)].

真空中的光速C,量纲[L^(1)T^(-1)].

普朗克频率（最大的频率）ν_p=C/L_p，量纲[L^(0)T^(-1)]，本质上是万有引力常数G.

普朗克时间t_p（最小的时间），t_p=L_p/C，量纲是[L^(0)T^(1)].

普朗克空间（最小的三维空间）V_p,量纲是[L^(3)T^(0)].

质量常数m_p=V_p*ν_p,量纲是[L^(3)T^(-1)],

普朗克常数h=V_p*C^(2)，量纲是[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]，

   其内在联系是：能量特征常数（最小的能量）H_u=V_p*C^(3)，

量纲是[L^(3)T^(0)]*[L^(3)T^(-3)]。

第三：能量及空间的运算法则

加（+），减（-），乖（*），除（/），指数，开方，微分及积分等。

 7光子及星系的运动

 第一：光子的运动

  光子运动的本质，量纲[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(-1)]等价于量纲[L^(3)T^(0)]* [L^(2)T^(-2)]* {[L^(0)T^(-1)* [L^(1)T^(0)]}，等价于

[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]*[λ*ν]，体现了光的波动性。量纲[L^(3)T^(0)]体现惯性体系空间，与波长λ具有对应关系。[L^(1)T^(-1)]体现真空中的光速。量纲[L^(1)T^(0)]体现光的波长属性，运行方向与另一惯性体系直接碰撞，即光与另一惯性体系发生碰撞。

  关于真空中光速不变的原因，从光的波动性来看，当光源朝着观测者运动时，观测者观察到的电磁波谱会发生蓝移，光的波长变短，频率变大。

光的波动性量纲表达式[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(-1)]，

等价于[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(0)T^(-1)*L^(1)T^(0)]，

即[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]*[ν*λ]。体现为最小的能量单元。

 通过实验，可发现，当光源朝着观测者运动时，所发的光的速度仍然是光速，但光谱会发生蓝移，光的波长变短，频率变大，所发射光的动能加大，其动能E_k=h*ν。其中，普朗克常数h的量纲是[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]。这意味，光源运动的动能传递到了光子（因为频率加大，波长变短），但光速不变。

也就是说，光源运动对光子的影响通过频率表达。从另一角度来看，这就是多普勒效应，体现了光谱产生的原因。

  第二：星系的运动

  星系运动的本质，对于星系，例如地球围绕太阳转，

量纲[L^(3)T^(0)]*[L^(1)T^(-2)]*[L^(2)T^(-1)]等价于

[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(-1)]。量纲[L^(3)T^(0)]体现惯性体系空间，体现了广义相对论的本质。

 量纲[L^(3)T^(-1)]*[L^(1)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]体现两个惯性体系之间的联系。其中量纲[L^(1)T^(0)]表达了地球与太阳之间距离，体现了动能与势能的联系，体现了广义相对论的测地线。二个惯性体系之间不发生碰撞。量纲L^(3）与量纲L^(1)具有对应关系。

  质量单元是一个常数，大小等价于V_p*ν_p,量纲是[L^(3)T^(-1)]。而1/[L^(3)T^(-1)]=[L^(-3)T^(1)],体现了相对论尺缩钟慢的体质。

第三：动能与势能的联系

  动能的量纲,[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(0)T^(-1)]或[L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(0)T^(0)]

  势能的量纲,[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(0)]或[L^(3)T^(-1)]*[L^(3)T^(-1)]*[L^(0)T^(0)]

  能量的量纲,[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(-1)]

       可见:     [E^(2)]/C=E_k*E_p.

对于基本粒子来说,基本粒子的最大动能是:H_u/L_p;最小势能是:H_u/ν_p 。

 这也表明了，宇宙中的时间是连续的，空间是连续的；但能量是量子化的，能量的各种属性也是量子化的。此外,动能是能量的发散属性,势能是能量的收敛属性.

8光子及原子的内涵

第一：电子电荷,质子电荷,中子

原子是由原子核及电子组成的,而原子中的电子,质子等具有内在的联系。

 第一： 电子电荷的本质

对于二个惯性体系来说,量纲[L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(0)]等价于[L^(3)T^(-1)]*[-L^(2)T^(-2)]*[-L^(1)T^(0)].

  这意味,量纲[L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)],体现了动能属性.而量纲[L^(3)T^(-1)]*[-L^(2)T^(-2)],体现了负动能属性.

  电子的量纲是[L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)]的基本粒子。量纲[L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)]体现正电子电荷属性，根据三维空间属性，正电子是由三个量纲是[L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)]的基本粒子组成。

 而负电子的量纲是[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(2)T^(-2)]}的基本粒子。量纲[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(2)T^(-2)]}体现负电子电荷属性。根据三维空间属性，负电子是由三个量纲是[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(2)T^(-2)]}的基本粒子组成。

  从另一个角度来看：

  量纲[L^(3)T^(-1)]*{[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(0)]}*[L^(0)T^(0)，或[L^(3)T^(-1)]*{[L^(2)T^(-2)]*L_p}。其中，L_p，量纲[L^(1)T^(0)]，体现电子运动的内禀长度，即，类似一维普朗克长度L_p属性.体现了电子的轨道半径(波尔半径）属性。

量纲[L^(3)T^(-1)]*{[L^(2)T^(-2)]*[Lp]}体现正电子电荷属性，根据三维空间属性，正电子是由三个量纲是[L^(3)T^(-1)]*{[L^(2)T^(-2)]*[L_p]}的基本粒子组成。

   量纲[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(0)]}*[L^(0)T^(0)]或[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(2)T^(-2)]*L_p}，其中，Lp，量纲[L^(1)T^(0)]，体现电子运动的内禀长度，即，类似一维普朗克长度L_p属性.体现了电子的轨道半径(波尔半径）属性。

量纲[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(2)T^(-2)]*[L_p]}体现负电子电荷属性，根据三维空间属性，负电子是由三个量纲是[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(2)T^(-2)]*[L_p]}的基本粒子组成。

  第二:质子电荷的本质

  对于二个惯性体系来说,量纲是[L^(3)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]的基本粒子，可构成质子。量纲[L^(3)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]体现正核电荷属性，根据三维空间属性，质子是由三个量纲是[L^(3)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]的基本粒子组成。

  而负质子量纲是[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(1)T^(-2)]}的基本粒子。量纲[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(1)T^(-2)]}体现负核电荷属性。根据三维空间属性，负质子是由三个量纲是[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(1)T^(-2)]}的基本粒子组成.

  从另一个角度来看，正核电荷的量纲

是[L^(3)T^(-1)]*{[L^(1)T^(-2)]*[L^(2)T^(0)]}*[L^(0)T^(0)]或[L^(3)T^(-1)]*{[L^(1)T^(-2)]*S_p}，其中，S_p，量纲[L^(2)T^(0)]，体现正核电荷的运动的内禀方位角，即，二维普朗克长度S_p。

量纲[L^(3)T^(-1)]*{[L^(1)T^(-2)]*[S_p]}体现正核电荷属性，根据三维空间属性，正质子是由三个量纲是[L^(3)T^(-1)]*{[L^(1)T^(-2)]*[S_p]}的基本粒子组成。

  而量纲[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(1)T^(-2)]*[L^(2)T^(0)]}*[L^(0)T^(0)]，或[L^(3)T^(-1)]*{[-L^(1)T^(-2)]*S_p，其中，S_p，量纲[L^(2)T^(0)]，体现负核电荷运动的内禀方位角，即，二维普朗克长度S_p。即，量纲[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(1)T^(-2)]*[S_p]}*[L^(0)T^(0)]体现负核电荷属性，根据三维空间属性，负质子是由三个量纲是[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(1)T^(-2)]*[S_p]}*[L^(0)T^(0)]的基本粒子组成。 

第三:中子的本质

 量纲是[L^(3)T^(-1)]*[L^(3)T^(-2)]*[L^(0)T^(0)]的基本粒子，可构成中子。量纲[L^(3)T^(-1)]*[L^(3)T^(-2)]体现无电荷属性。根据三维空间属性，中子是由三个量纲是[L^(3)T^(-1)]*[L^(3)T^(-2)]的基本粒子组成.

第二：电子电荷常数,质子电荷常数

通过量纲分析原子的内涵

光子量纲表达为：[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(-1)]

        或[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]

        或[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-3)]*[L^(1)T^(0)]

        或[L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(0)]

从对称性没有破缺的角度，光子的量纲表达为：

等价于量纲 [L^(3)T^(0)]*{[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(-1)]}*[L^(0)T^(0)]。

等价于量纲 [L^(3)T^(0)]*{[L^(2)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]}*[L^(0)T^(0)]。

等价于量纲[L^(3)T^(-1)]*[L^(3)T^(-2)]*[L^(0)T^(0)]

 光是开弦基本粒子，当一对光子对称性破缺后，就成为一对正，反的闭弦基本粒子。光子的能量就是最小的能量单元,其大小等价于,.

电子量纲表达式为，[L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(0)T^(0)]，

负电子量纲，[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(2)T^(-2)]}*[L^(0)T^(0)]

从另一个角度，电子量纲表达式[L^(3)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]*[L^(1)T^(0)],负电子量纲[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(1)T^(-2)]}*[L^(1)T^(0)].其中，

量纲[L^(1)T^(0)]表达子电子与原子核之间的距离。 

  质子量纲表达式为，[L^(3)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]*[L^(0)T^(0)]

负质子量纲[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(1)T^(-2)]}*[L^(0)T^(0)]。

  原子结构中,电子,原子核及光子的相互运动;类似于地球，太阳及月亮的运动.即,地球围绕太阳运行，而月亮围绕地球运行。

 当光子围绕电子运行时,

 光子的量纲[L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(0)]，电子的量纲[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(2)T^(-2)]}.

其中[L^(1)T^(0)]表达子光子与电子的距离。

  而光子的量纲 也可表达为:[L^(3)T^(-1)]*[L^(3)T^(-2)].体现光子围绕电子的运动（体现开普勒定理的内涵）。

   当电子从激发态回到基态时,会释放光子;反之,当电子吸收光子,电子就会从基态跃迁到激发态.

 由于光子围绕电子运行，当电子朝着观测者运动时，此时，电子释放的光子（电磁波）会发生蓝移，光的波长变短，频率变大。而当电子远离观测者运动时，此时，电子释放的光子（电磁波）会发生红移，光的波长变长，频率变小。由于电子朝着观测者运动的方向（角度）的概率不同，因此，电子释放的光子的波长（或频率）也是随概率变化，从而形成光谱。

 当电子围绕原子核运行时,

 电子的量纲是[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(1)T^(-2)]}*[L^(1)T^(0)]，原子核的量纲[L^(3)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)].

其中[L^(1)T^(0)]表达电子与原子核之间的距离。

  此外,量纲[L^(3)T^(-1)]表达了质量，大小是一个常数，用m_p表达，等价于V_p*ν_p。

其中V_p表达普朗克空间；ν_p表达普朗克频率（最大的频率），等价于C/L_p。而C表达真空中的光速，L_p表达普朗克长度。

  量纲[L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)]，大小是m_p*[C^(2)]，是一个常数，体现子电子电荷。由于电子是由三个基本粒子组成，故电子电荷的大小是3*m_p*[C^(2)]，用e_p表达。

 量纲[L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-1)]，大小是m_p*[S_p*ν_p]，是一个常数，体现质子电荷。由于质子是由三个基本粒子组成，故质子电荷的大小是3*m_p*[S_p*ν_p]。q_p用表达。其中S_p表达普朗克面积。

可见q_p=e_p/L_p。

换个角度来看，电子电荷及质子电荷常数：

 电子的量纲是[L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)]，负电子的量纲是[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(2)T^(-2)]}。其大小是e_p=m_p*C^(2).

质子的量纲是[L^(3)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]，负质子的量纲是[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(1)T^(-2)]}。其大小是q_p=m_p*C^(2)/L_p.

可见e_p=q_p*L_p.即：q_p=e_p /L_p.这就是电子围绕质子运动的原因。

而e_p=H_u/L_p ,这就是光子围绕电子运动的原因。

9通过物理常数的组合认识光子

  物理常数通过组合,可构成新的物理常数.

  对于物理学理论来说，常见的常数有普朗克长度，L_p，量纲是[L^(1)T^(0)]；普朗克面积S_p，量纲是[L^(2)T^(0)]；普朗克空间，V_p，量纲是[L^(3)T^(0)]。

  一维光速C，量纲是[L^(1)T^(-1)]；二维光速C^(2)，量纲是[L^(2)T^(-2)]；

三维光速C^(3)，量纲是[L^(3)T^(-3)]。

  普朗克频率（最大的频率）C/L_p，用ν_p表达，量纲是[L^(0)T^(-1)]。

  普朗克时间（最小的时间）L_p/C，用t_p表达，量纲是[L^(0)T^(1)]。t_p的物理意义是电子从高能态跃迁到低能态时，释放一个光子的最小时间。电子从高能态跃迁到低能态时，释放一个光子的时间是t=λ/C.

其内在联系是：C=ν_p*L_p，其中L_p等价于最小的波长λ_p。

  角动量常数的量纲是[L^(2)T^(-1)],等于L_p*C等于L_p*(λ_p*ν_p).

等于λ_p*λ_p*ν_p.

  能量特征常数H_u=V_p*C^(3),量纲是[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(-1)]或[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]。

  普朗克常数h=V_p*C^(2),量纲是

[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(0)T^(0)]。

  万有引力常数，G=ν_p=1/t_p，量纲是[L^(0)T^(-1)]。

  质量常数等于V_p*ν_p=S_p*C ,量纲是[L^(3)T^(-1)]。

  电子电荷常数，e_p= h*ν_p  , 量纲是[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(0)T^(-1)]等价于[L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(0)T^(0)]。

  核电荷常数q_e等于e_p/L_p , 量纲是{[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]}*[L^(0)T^(-1)]*[L^(-1)T^(0)]

等价于[L^(3)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]。

  值得注意的是：能量特征常数 H_u=h*C，体现了广义相对论的真空光速及量子理论中的普朗克常数之间内在的联系。                                                 

  从另一个角度来看，

从量纲[L^(1)T^(0)]*[L^(1)T^(-1)]来看，最小的普朗克长度用Lp表达，量纲是[L^(1)T^(0)]；最大的速度是真空中的光速用C表达，量纲是[L^(1)T^(-1)]。

  一维空间速度量纲[L^(1)T^(-1)]等价于[L^(1)T^(0)]*[L^(0)T^(-1)]，其中量纲[L^(1)T^(0)]体现为波长λ，量纲[L^(0)T^(-1)]体现为频率ν。而最小的波长是普朗克长度L_p，用λ_p表达，量纲是[L^(1)T^(0)]；最大的频率是C/L_p，用ν_p表达，量纲是[L^(0)T^(-1)]。可见真空中的光速等价于λ_p*ν_p，

量纲是[L^(1)T^(-1)]或[L^(1)T^(0)]*[L^(0)T^(-1)]。体现了光速的本质。

10结论

  光子是最小的能量单元，通过能量特征常数理论，从一个新的视角(通过量纲分析)对物理现象进行解读。能量特征常数量纲是L^(3)* [L^(3)T^(-3)],是最小的能量单元，等价于基本粒子的能量。

  通过对称性原理及量纲分析，推导并解释了能量在一维空间破缺,二维空间破缺,三维空间破缺及没有破缺等边界条件下,能量体现的各种属性.

  能量的量纲L^(3)* [L^(3)T^(-3)]，可简单表达为[L^(6)T^(-3)]。

 普朗克频率ν_p，（最大的频率）ν_p=C/L_p，量纲[L^(0)T^(-1)]，本质上是万有引力常数G，

普朗克时间（能量最小时间）t_p，t_p=L_p/C，其物理意义是电子从高能态跃迁到低能态时，释放一个光子的时间。

 对于基本粒子来说,基本粒子的最大动能是:H_u/L_p;最小势能是:H_u/ν_p 。

 普朗克常数(用h表达),量纲是L^(3)* [L^(2)T^(-2)],是一个物理常数，大小等价于V_p*C^(2)，即h=V_p*C^(2).

而能量特征常数H_u=V_p*C^(3),可见H_u=h*C^(1)，体现了广义相对论与量子理论的内在联系。  光波是由原子内部中，运动的电子产生的．而各种物质的原子内部电子的运动情况是不同的。因此，其原子发射的光波也不同．通过研究不同原子的发光和吸收光的情况，可以深刻理解量子理论及相对论。

 

      Understanding quantum from the properties of light waves

                    Hu Liang 

Shenzhen Hongyuanqing Co,Ltd , Shenzhen 518004, China

Abstract：

Light waves are produced by electrons moving in the interior of an atom, and the motion of the electrons inside the material is different. Therefore, it is also possible to understand the quantum theory and the theory of relativity by studying the luminescence and absorption of different atoms.

Principle of constancy of light velocity

In all inertial systems, the velocity of light in vacuum is the same as that of the light source, and is the largest velocity in the universe. C represents the speed of light (one-dimensional space velocity), the dimension is [L^ (1) T^ (-1)], is the universe's largest one-dimensional space velocity (physical constant). C^ (3) represents three-dimensional space light velocity, the dimension is [L^ (3) T^ (-3)], is the largest three-dimensional space velocity (physical constant) in the universe. Specifically, the largest three-dimensional spatial velocity (three-dimensional light velocity) is a constant, the dimension

is L^ (3) T^ (-3), the size is C^ (3).

Second: Planck space

Planck space is the smallest space in the universe, is a constant, the dimension is L^ (3). The space of the, expressed in Vp.

Third: energy characteristic constant

Energy characteristic constant (expressed), the dimension

is L^ (3) * [L^ (3) T^(-3)], is a physical constant, size equivalent to V_p *C^ (3), i.e.. The energy characteristic constant (H_u) is the smallest energy unit, equivalent to the energy of the elementary particle.

Keyword ;Photon, Energy, Planck space, light velocity, Planck constant, symmetry breaking

 

(通讯作者: 胡良  E-mail:[e-mail])