| 论光波、物质波和质速关系 黄家荣 （广西化工研究院 南宁 530001） 摘要 论述光波和物质波是两种不同性质的波，各自具有不同的波长关系式和能量表达式。指出光子和实物粒子一样，都具有静止质量和运动质量。还证明了相对论的质速关系式是错误的，质能公式是虚假的，并提出了一个新的质速关系式。 关键词：光子、光波、物质波、质速关系、相对论。 人们对于光和实物粒子的波粒二象性的认识虽然各有九十多年和七十多年了，但是，无论在光波方面，还是物质波方面，都存在着一些错误的认识。而且这些错误的东西，竟被作为真理塞进大学，教科书中。不仅愚弄了无数的青年学生，还严重地阻碍现代科学技术的发展，造成人力、物力的巨大损失。匡正这些谬误已成为新世纪的重大任务。为此，笔者在此提出一些粗浅的见解，以期对物理学的拨乱反正起促进作用。 1、爱因斯坦方程与德布罗意关系式的抵触： 众所周知，爱因斯坦为了解释光电效应，在普朗克能量子概念基础上，于1905年提出了光子的假说，并提出了一个在当时颇具争议的方程，即爱因斯坦方程。该方程是： 爱因斯坦对该方程的解释是：金属中的自由电子，吸收了一个光子的能量 时，一部分消耗在逸出功A上，另一部分转换为光电子的初动能 。 根据这种解释，我们可以合理地作出推论：如果电子没有逸出功的消耗（即A=0），则它所吸收一个光子的全部能量都转换为光电子的初动能，于是便有： （1—1） 但是，按照德布罗意关系式 = 我们便有 p= 等式两边乘以ν，有 pv= 根据p=mv和 ，有 h =2Ek=mv2 (1—2) 显然，式（1—1）和式（1—2）是相矛盾的。因此，究竟是爱因斯坦方程正确？还是德布罗意关系式正确？ 2、对光波和物质波的新认识 笔者认为：爱因斯坦方程是正确的，因为它是经过密立根十年之久的、严格的科学实验证明的。为此，爱因斯坦和密立根都先后获得了诺贝尔奖。此外，由高速电子流撞击对阴极所产生的X射线最短波长[1]也证实式（1—1）是正确的。因此，对爱因斯坦方程给予肯定是有充分根据的。 既然爱因斯坦方程是正确的，那么德布罗意关系式对于光就一定是错误的了。因为对于光波来说，两个相互对立的能量表达式决不可能都是正确的，否则就会犯逻辑上的错误。事实上，德布罗意关系式是根据质能公式推导出来的，在光学上并没有科学实验进行验证。 需要指出的是：德布罗意关系式虽然对于光波来说是不正确的，但对于物质波而言却是正确的。这并不违反逻辑学规律，因为光波和物质波是两种不同类型的波，二者具有不同的性质，各自可以有不同的波长关系式和能量表达式。德布罗意关系式对物质波的正确性不仅有戴维森、汤姆孙等人的电子衍射实验为证，有氢分子、氦原子和中子衍射实验的证实，而且在现代科学技术上已获得了广泛的应用。 人们虽然早已认识了光波和物质波是两种不同类型的波，可是在许多方面至今还存在着错误的认识。例如，认为光波和物质波的波长有着相同的关系式 ，实际上二者是不相同的。对于光波， ；对于物质波， 。又如，人们只认识光波和物质波都可以用 h 表达能量，但不知道所表达的能量是不相同的。对于光波，h 表达的是它的动能（即 h = Ek）；对于物质波，h 表达的是其动能的2倍（即h = 2Ek）。 光子和实物粒子不但都有运动质量，而且也都有静止质量。这是相同之处。可是人们只知道实物粒子有静止质量，却认为光子没有静止质量，这又是一大错误，是受到爱因斯坦误导的结果。 光子具有静止质量的见解因为与当今流行的相对观点直接对立，很可能被人视为是歪理谬论而嗤之以鼻。但是这种见解无疑是正确的。试问：如若光子没有静止质量，核反应释放的辐射能（光子）何以能用公式E= ⊿ 计算? “亏损”的核质量(无疑是静止质量)难道不正是光子的静止质量吗?如果所有的光子静止质量都为零,它们的运动质量何以会千差万别呢?这是用0÷0能够解释得通的吗? 其实，“光子静止质量为零”之说并没有事实根据，只不过是爱因斯坦根据他的质速关系式所作出的一种假定而已。但是，这种假定是不合理的，是经不起推敲的。因为如果光子的静止质量为零，则按照相对论的质速关系式，光子在媒质中的运动质量必定也为零。由于光在媒质中的速度小于c，故质速关系式的分母不等于零，于是便有m = 0。这样就会得出光子在媒质中动量和能量都为零的推论.可是康普顿效应以及植物的光合作用等都表明光子在空气(一种媒质)中是有动量和能量的，故推论与事实不符。所以“光子静止质量为零“之说是不成立的。 3、新质速关系式的提出及验证 以上种种事实表明：相对论的质速关系式是错误的。为此，笔者经过长期研究，根据核反应辐射能与亏损质量的关系，研究了考夫曼等人的实验，提出了一个新的质速关系式： 根据该公式，当 时，有 于是，光子的动能为 或 光子的静质量为 光的波长为 对于实物波，波长为 当 ＜＜c时，波长为 当 =c时，波长为 实物粒子的动能为 或 当 ＜＜ 时，动能为 这时，与牛顿力学的动能公式保持一致。 当 =c时，动能为 这时又与核反应辐射能公式完全吻合。 下面再用相对论的动能表达式及动量定义式进行验证： 把新的质速关系式代入相对论的动能公式，有 将其按级数展开，有 （3-1） 根据式（3-1）动量为 把新质速关系式代入相对论定义动量式，有 将其按级数展开，有 因为 和 是相等的，所以，新的质速关系式对动量定义式和动能公式是匹配的。 以上验证可以看出有力说明：新的质速公式是正确的。 在这里需要讨论一下考夫曼实验的问题，因为它与新的质速关系式是矛盾的。考夫曼的实验使许多人对相对论的质速关系式深信不疑。但是，只要仔细研究一下，就会发现该实验是有问题的：其一，没有考虑作用力速度的问题，认为物体（粒子）不论速度如何，作用力都可以100%施加到被作用物体上面的。这当然是不正确的。经验告诉我们：作用力的速度只有大于被作用物体的速度时，作用力才能产生效果，而且二者速度相差越小，力的效果就越小，当二者速度相等时，力的效果就等于零，这是很容易理解的。现在加速粒子所用的力为电磁力，我们完全有理由认为其速度为c，因此，带电粒子的速度不可能大于c。其二，没有考虑电磁辐射问题，根据经典电磁理论，带电粒子加速运动是要产生电磁辐射的，而且为同步辐射所证实。带电粒子作直线加速运动也是一种加速运动，理所当然也会产生电磁辐射，只是这种辐射无法和粒子分开而已。考夫曼的实验并没有实测带电粒子的动能，而是把电子的电量与加速电压的乘积作为电子的动能，这是一笔糊涂帐，当然是不正确的。因此，考夫曼的实验是不可以完全相信的。在这里还要顺便提一下，就是声称北京的正负电子对撞机和美国福斯坦直线加速器各可以把电子加速到1.5—2.8GeV和22GeV，之说是不可信的，因为电子的动能极限为0.51MeV超过它是不可能的。现在国外有人要搞什么模拟＂宇宙大爆炸”（big bang）的实验，更是干一件耗资巨大、徒劳无功大蠢事，是注定要失败的。 4、相对论质速关系式错误的证明 证明一： 根椐式（1-1）及x射线最短波长与电子动能的关系式 我们便有： 根据核反应辐射能与亏损质量的关系，有 （4-1） 把式（4-1）代入相对论动能公式，有 = 移项合并，得 等式两边除以 ，得 但是，按照相对论质速关系式，有 (4-2) 将式（4-2）代入相对论动能公式，有 = 对于光子，因 = 和 ，于是有 等式两边除以 ，得 显然，相对论的动能公式与其质速关系式是不自洽的。因为 不合理，故该质速关系式是错误的。 以上证明还显示：“总能量”是虚假的（实为光子动能的2倍），“静能”也是不存在的。因此，质能公式 实际上是个虚假的公式。 证明二： 假设相对论的质速关系式是成立的，于是对于光子来说，便有 假定 则 。这显然是荒谬的，因此，光子是不可以有静止质量的。但是，如果 ，根据前面的论述，又会得出光子在空气中动量和能量都为零的错误推论，而且还无法解释核反应的质量亏损问题。因此，光子是必须有静止质量的。 由于相对论的质速关系式会导致自相矛盾的结果，所以该公式是不能成立的。 证明三： 根据相对论动能公式和质速关系式，便有 把上式按级数展开，于是有 （4-3） 根据式（4-3），动量为 但是，按照相对论动量公式 （4-4） 将（4-5）按级数展开，有 因为 ， 故相对论的动能公式与其动量公式是不自洽的。由于根源在于质速关系式，所以，相对论的质速关系式是错误的。 5、结论 通过上述论证，得到如下结论： （1）光波和物质波是两种不同性质的波，各具有不同的波长关系式和能量表达式。光波的波长为 ；物质波为 。光波的动能为 ；物质波动能为 。 （2）光子和实物粒子都有静止质量和运动质量，运动质量与静止质量的关系为 。光子的静止质量为 。 （3）相对论的质速关系式是错误的，质能公式是虚假的，因此由它们所导出的动量、能量关系式（即 ）必定是错误的。基本粒子质量的混乱（如τ子静质量为核子静质量的2倍就是极不合理的）便是明证。 （4）质量和能量是物质的基本属性，是相互联系而又不可以相互转化的。质量乘以光速的平方并不等于物体所具有的能量。因此，相对论的质量观和能量观是错误的。 参考文献 （1）梁绍荣、刘昌年、盛正华：普通物理学、第五分册，北京：高等教育出版社。2000：205 致谢：本文在写作过程中得到郝建宇、许少知两先生的大力帮助，深表谢忱！ On Light Wave，Substance Wave，And Mass-Velocity Relation Huang jiarong ( Guangxi Research institute of chemical industry Nanning 530001) Abstract The wave of light and substance is different in properties.They have different formulaes in the wavelength and energy.Photon has rest mass also. It has been proved that the relativistic mass formula is wrong and the mass-energy formula is false. A new formula about mass-energy relation is proposed. Key words photon, light wave, substance wave, mass-velocity relation, relativity. 2001年12月29日 |