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在北大物理论坛讨论《拉曼散射和布里渊散射论证光非粒子》的贴子
[楼主] 作者:dyn2000  发表时间:2002/05/05 09:28
点击:421次

  拉曼散射和布里渊散射在《固体物理》下册才提到,属于研究生课程。由此可见,该文作者的确有相当的水平。   先引该文的一段原文:   “然光的拉曼、布里渊散射现象并没有发生什么剧烈的物理反应,而使光的频率变低了。然而致今还没有人发现光频率变高的现象(应该说没有可能变高)。无论是爱因斯坦光的粒子理论,还是现代的量子理论都无法进行解释!”   上述文字存在两个错误:   1)光的拉曼、布里渊散射的散射光谱不仅包含频率比入射光低的谱线,同时还包含频率比入射光高的谱线;也就是说,不仅发现光频率变低的现象,同时也发现了光频率变高的现象,而不是“没有可能变高”,只是后者的强度比前者弱很多。   2)这个现象并不否定光的粒子性,可以用量子理论来解释。   让我们先看看该文作者是如何“证明”拉曼、布里渊散射否定了光的粒子性的:   “如果光是粒子的话,发生光粒子中的核反应,却没有一点点的外部特征,这是不可能的。或许还可以理解成光子被完全吸收后,从被照射物里重新发射出的,属于被照射物内部的另一类光子。不过这也是不可能的,因为如果是这亲样,过一段时间后,拉曼、布里渊散射应该就停止了,原因也很简单,被照射物中所具有的光子应该是有限的,不是无限的。事实却完全不是这样,无论光照多么长的时间,拉曼、布里渊散射照常发生。这就说明,拉曼、布里渊散射是入射光转换出来的,而非被照射物内部所具有的。”   在给出量子理论的解释之前,首先需要解释一下“光具有粒子性”的真实含义。   在经典概念中,“粒子”一词使我们想到的是一个具有一份确定的能量,同时在空间具有确定位置的实体。而当我们说光具有“粒子性”的时候,并不是说光不该用波来描述,而是指光与其他物质相互作用的时候,其传递的能量不是象经典波那样可以连续取值,而是一份一份的,仿佛是在传递一个一个的“粒子”,每一份能量就称为一个“光子”。事实上,“光子”并没有确定的空间位置,所以它并不是经典概念中的“粒子”,说它是“粒子”仅仅是因为它具有一份确定的能量。这也是物理学界只说“光具有粒子性”而不说“光是粒子”的原因。   详细给出拉曼、布里渊散射的解释是比较困难的,因为这涉及到光与介质内部运动的相互作用。我只能简单地说明一下微观过程的物理图象。   入射光进入介质之后,有一部分能量被介质吸收。这种吸收是一份一份的,每一份能量就是一个“光子”。介质原先处于较低的能量状态,吸收一个入射“光子”之后,自身处于较高的能量状态。但这个状态不稳定,所以介质最终还是要把这能量释放出来。这种释放有两种方式:   1)介质直接回到原先的状态,同时放出一个与入射光子能量相同(频率因此也相同)的“光子”;此时,我们得到频率等于入射光的散射光,但方向与入射方向不同,即弹性散射光。   2)还可以分两步进行:介质先变化到一个中间的能量状态,同时放出一个比入射“光子”能量小一些(所以频率低一些)的“光子”;然后介质再把剩余的能量用来增强自身的内部运动,比如使自身的温度升高。这样,我们就得到了频率比入射光低的非弹性散射光。   那么,频率比入射光高的散射光又是如何产生的呢?刚才我们说到,介质在吸收了入射光子的能量之后,可以分两步释放能量。当介质放出一个比入射“光子”能量小一些的“光子”之后,将处于一个中间能量状态。这时候,如果介质恰好又吸收了一个入射“光子”而处于更高的能量状态,然后介质直接回到原先的状态,那么它将放出一个能量比入射“光子”高一些的“光子”。这样,我们就得到了频率比入射光高的非弹性散射光。但是,发生这种过程的机会很小,远远小于产生频率比入射光低的“光子”的过程,所以频率高于入射光的谱线强度比频率低于入射光的谱线要弱得多。   因此,该文作者所说“这就说明,拉曼、布里渊散射是入射光转换出来的,而非被照射物内部所具有的”是正确的,但这并不成为反对“光具有粒子性”的理由,也不妨碍量子理论给出合理的解释。在拉曼、布里渊散射过程中,介质内部也的确发生着物理变化,只是这种变化的微观过程涉及的主要是整个介质吸收(放出)一个“光子”,所以介质的宏观变化并不剧烈。   丁一宁的回复:   第一个错误或许存在,只是我没有仔细研究,但并不影响我的结论。我所以要指出第一个问题是在于我想说明光的传递存在衰减现象,而不会出现增强现象。或许是我画蛇添足吧。   第二个问题先生就没有道理了,至始至终先生都在说一个事,能量转换!这是量子物理学中最常用的一种错误方法。即粒子性不行了用波动性解释,波动性不行了用能量转换解释,能量转换不行了发明一种测不准原理进行解释。在量子物理学中为了解决粒子性出现的矛盾,将原先形容的粒子的概念都改变了。爱氏不是这样形容过吗:光子是与电子、中子、质子一样的微粒。试问电子、中子、质子能量有大小,但它们的质量随意改变吗?在拉、布实验中,光子质量能随意改变能与我们常见的微粒等同吗?   所有的事实只能证明一件事:光不是粒子。因为波本身就是一分分的,君不见海浪就是一个个打来的吗?普朗克的黑体辐射公式应该用波动性解释才符合客观实际,而用粒子性解释只能造成越来越多的漏洞!

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 [2楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2002/05/05 10:35 

粒子性不行了,就用波动性解释;波动性不行了,就用粒子性解释。DYN2000认为这里有问题。这里没有问题。粒子性和波动性是对立统一的两个方面,在不同过程中有分别的表现,即有的过程主要表现为粒子性,因此只能用粒子性解释;反之亦然。 粒子性不行了,就用波动性解释;波动性不行了,就用粒子性解释。这在1905年前后创建理论之始的确如此。以后根本就不出现这种事情。DYN2000如果不满意的话,建议去学习量子电动力学(这是我多次建议的),那里已经不单个谈粒子性波动性了,每次解决一个问题,都是用同一的理论计算的,不再单个谈粒子性波动性了。 有一个人曾经批判Compton散射中的量子力学,说明明电子没有轨道了,可Compton散射的数学解释中还把电子看作有轨道。我说,先生有可贵之处,看问题仔细;但同时这也证明你鄙陋,告诉你,你们所看到的大学教科书中的光电效应理论,拉漫散射理论,Compton效应的数学处理全部是半经典半量子的初等的方便的简单的突出问题实质的同时也是粗糙的给初学者看看的做法,当然引起你的批判。我给你一个满意的答复:去看看量子电动力学吧,那里有完整的对光电效应,Compton效应的计算,还算出了散射截面,用的是路径积分方法和重整化理论。不过一般你看不懂(即使你学过高等数学也看不懂,还要进一步学习其他数学,如泛函积分,旋量代数等)。
[楼主]  [3楼]  作者:dyn2000  发表时间: 2002/05/05 12:13 

回复:这当中不仅仅是有问题!
  按照爱因斯坦以及近代物理学界的解释,光的波粒二项性,是粒子性体现的波动性,一句话:粒子在作波动运动,一方面粒子作直线运动,另一方面粒子还在作上下或者左右振动。这就是问题的所在:   第一,粒子在什么力的作用下作振动运动?它不符合波动学原理。   第二,为什么光只能以光速运行,而其它粒子不能?   第三,在拉曼散射中,为什么光子的质量改变了,而没有明显物理反映?   。。。。   先回答这些问题,我们可以接着讨论。

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 [4楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2002/05/05 16:52 

回复:是谁告诉你的??一句话:粒子在作波动运动,一方面粒子作直线运动,另一方面粒子还在作上下或者左右振动。
是谁告诉你的?“一句话:粒子在作波动运动,一方面粒子作直线运动,另一方面粒子还在作上下或者左右振动。”我平身第一次听到这种怪论。 你提得1,2两个问题是这种怪论的产物。 第三个问题我不明白问的是什么.但可以说:拉漫散射不是基本的原则性问题,用来讨论波粒二象性这基本问题不合适。
 [5楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2002/05/05 17:03 

一方面粒子作直线运动,另一方面粒子还在作上下或者左右振动。 【【【【这两句话中,第二句话属于主观歪曲理解1926年的波动力学;第一句话则错到家了。自由粒子做直线运动,谁告诉你的?属于歪曲理解1925年的矩阵力学,尤其是不懂Dirac和feynmann的路径积分。 在量子力学里,牛顿定律不再成立。从一点到另一点有各种路径运动,大多数是违反牛顿力学的。但在经典极限下,只有那条经典路径(直线)因为相干叠加而存在,其他的都相消了。说“自由粒子做直线运动”,简直是错到哭笑不得了。】】】】
 [6楼]  作者:李可111  发表时间: 2002/05/05 22:12 

粒子本就是在做直线运动。
  粒子本身就是在做直线运动,非直线运动的粒子只存在于数学中,而不存在于现实世界中。什么波粒二象性,更是没有根据的说法。相对论和量子论本就错得没边了。   一切粒子的运动轨迹都是线段的集合。我给你画一个圆,圆吗?可从微观角度来看,仍然是线段的集合,曲线根本不存在。   用书本上的观点来分析丁先生的观点,自然觉得丁先生的观点令人哭笑不得。分析我的观点,更觉得我是流氓无赖加白痴。但这个论坛本就是为了挑战相对论和量子论的,而你总是喜欢说:“根据相对论和量子论的χ说法,你的观点是错误的,你肤浅,你没水平。”。什么时候,你才能变得有自信,用自己的观点来批驳反相者的观点呢?只有当你用自己的观点说话,反相者才可能会心服口服。   数学确实很伟大,你也不忘在批驳丁先生的观点时提一下路径积分。现在有一个绝对实体、一切粒子都不能穿透的、中间分隔的盒子。现在在盒子左边放入一个电子,再盖上盖子。根据路径积分,这个电子既可以在盒子左边,也可以在盒子右边,可以同时在数处,甚至有可能在盒子外边……但当你打开盒子时,电子就一定会出现在盒子左边。电子何以有如此神通呢,因为它不在时空中运动。路径积分真伟大。   为什么粒子在做直线运动,因为惯性;为什么会有惯性?因为这是因果关系对物质进行管制的一种体现方式;为什么会有因果关系,因为我们希望明天的太阳可以升起,我们害怕黑暗。 (我是说着玩的,jqsphy不要把我的非学术语言往心里去。)
 [7楼]  作者:李可111  发表时间: 2002/05/05 22:19 

人各有所长
  丁先生的强项在于真实的物理,jqsphy先生所长在于数学和不真实的物理。谁也不能说自己就比对方厉害。jqsphy说丁先生鄙陋,不是很客观的说法。一个人的学识总是有限的,都有自己的不足。物理学是百科之基,地位未必就不如数学。
 [8楼]  作者:cavalleria  发表时间: 2002/05/05 23:36 

回复:不要想当然,什么实验告诉你自由粒子做直线运动?
 [9楼]  作者:李可111  发表时间: 2002/05/05 23:59 

因为惯性。所以自由粒子当然是在做直线运动。为什么有惯性,因为因果关系。我实在找不出一个粒子会无缘无故改变原来运动状态的理由。因果关系的存在是人类几百万年实践得出来的结论,已升华为不证自明的公理,实践的含义比实验更为广大,本就包括实验。实践是检验真理的最高标准。
 [10楼]  作者:cavalleria  发表时间: 2002/05/06 00:18 

回复:物理是实验科学,拿不出实验结果就不要吹牛.
你的推理是你的一厢情愿.谁证明了惯性是因果关系的结果,如果你证明了,把证明拿出来看看.即使有惯性,谁又告诉你粒子有一个经典意义下确定的初始状态?没有确定的初始状态你的惯性有什么用?
 [11楼]  作者:李可111  发表时间: 2002/05/06 00:22 

讨论一个东西是波还是粒子本就有语病
所有的物质都是由粒子组成的,包括光。说一个东西是波本就有语病。波是自由意志的产物,是对一种运动方式的形容,是由大量粒子的运动和相互作用共同完成的。粒子表述的是一种物质实体的存在。这是完全两个不同范围内的词。爱氏喜欢说光既是粒子又是波。不如说“光子的运动既象直线运动又象波动运动”来得妥当。即使我认可“一种东西是波”这个病句,任何“波”也绝对不能在真空中传播。一个光子脱离了光媒质进入真空中,虽然可以继续传播,但一个孤单可怜的光子被迫做直线运动,这个只会直着往前冲的光子已经没有资格称之为“波”了。
 [12楼]  作者:李可111  发表时间: 2002/05/06 00:29 

实践难道不是检验真理的标准?
  惯性和因果关系都是人们在无数实践中总结出来的。难道说实践不是检验真理的标准?实践难道不包括实验?难道实验就仅仅是坐在房子里玩弄一些瓶瓶罐罐?什么叫“即使有惯性”?惯性的存在是无可置疑的,这种真实性已经过了人类几百万年的考验。
 [13楼]  作者:cavalleria  发表时间: 2002/05/06 00:51 

回复:那么什么实验直接验证粒子走直线?
 [14楼]  作者:cavalleria  发表时间: 2002/05/06 01:00 

丁先生的强项在于真实的物理?
我们可以随便给他一个真实问题,看他能不能给出答案.怎么样?我建议从初中物理范围开始.

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