光介质的构造模型假说张延年，汪青杰 摘 要： 针对光子假说存在的缺陷，提出光介质构造模型假说，初步建立光介质的构造模型，并给出光介质之间以及光介质与宏观物质的作用规律、光介质的分布、运动规律和光的传播特性。提出多种实验方案对光介质的分布、运动规律等加以验证。依据光介质构造模型合理地解释电场、磁场、电磁场和万有引力的产生原因；并对光的波粒二象性、迈克尔逊-莫雷实验、恒星光行差和光在引力场中的偏转等现象进行合理解释。最后对光的粒子理论和波动理论进行分析，并给出相关的预测。分析研究表明光介质构造模型假说具有一定的科学性和理论基础，值得进一步研究。 关 键 词：光子；光波；光的微粒说；光的波动说；波粒二象性；光介质 1 引言关于光的本质，主要有3种假说：微粒说、波动说和光子假说。利用微粒说不仅可以说明光的直线传播，而且可以说明光的反射和折射。波动说也能解释反射和折射，还能解释方解石的双折射，但它无法解释用光照(或用X射线照射)产生的阴极射线具有较高而又与射线强度无关的速度，而在解释光电效应方面也无能为力。Einstein发展了Planck关于能量量子化的假设，1905年，提出"光的能量不是连续分布在空间中，而是由数目有限的、局限在空间各点的能量子所组成；它们能运动，但不能再分小，只能整个地被吸收或产生"[1]。Einstein认为一束光是一束以光速C运动的粒子流，这些粒子称为光量子，现称光子。1921年Einstein因合理解释光电效应获Nobel物理奖；1927年Compton因光子碰撞电子实验(X射线的波长散射后增大)证明光子和电子一样都是物质实体获Nobel物理奖。这两件事是光子假说被普遍接受的标志，也是光的波粒二象性理论被确立的标志[2]。目前，光子假说被普遍接受，但光子假说还存在一定缺陷： (1) 光子质量方面存在疑问 光子理论认为光子静质量为零，这种推论表明光子假说对光与实物的处理是不对等的。实际上，关于光子静质量的研究从未停止过[3~6]。光子动质量相关理论也存在争议，任何频率的波动都可有对应的粒子存在。但对波长较长的波(例如无线电波)，计算得到的光子动质量、能量都很小，这个粒子性概念就难于建立，因此关于光子动质量方面也存在疑问。 (2) 光子内部结构和体积方面存在疑问 光子是能量凝聚而成的粒子(能量子)，它的体积(尺度)应通过能量分布的半径而体现。但关于光子的内部结构和体积方面仍存在着疑问。 (3) 光的波动性原因存在疑问 当没有外力作用时，单个粒子只能平动、转动，不能波动。对于光具有波动的原因，目前运用光子假说不能得到合理的解释。 (4) 光速变化原因方面存在疑问 光从真空入射到水中，然后又入射到真空中，光的速度先变小后变大，光速变化的原因目前运用光子假说不能得到合理的解释。 (5) 相交光传播方面存在疑问 两束光相交时，相交光束传播不受到影响，目前运用光子假说不能得到合理的解释。 (6) 光镜面反射存在疑问 光子的内部结构和体积的研究虽然还不充分，但可以肯定的是光子的体积远小于分子（原子），更远小于分子间的距离。因此对于光子来说，任何物体都不是一个绝对平面。然而存在有规律的镜面反射，目前运用光子假说不能得到合理的解释。 Einstein在晚年时曾说："经过了50年的思考，也没有使我更接近于解答‘光量子是什么'这个问题"。作为光子的提出者和波粒二象性的最早研究者，这位伟大科学家的话显示了惊人的坦率。尽管波粒二象性理论在20世纪取得了巨大成就，但仍存在着一系列使人困惑的疑点，需要继续努力探索。事实上，现代物理学在光的本质上都采取"灵活"的策略，提出"波粒二象性"假说。当波动说无法解释时就采用粒子说，当粒子说无法解释时就采用波动说，但"波粒二象性"的产生原因始终得不到合理解释。针对光子假说的上述问题，提出关于光本质的新假说--光介质的构造模型假说，力图探索光的本质。 2 光介质模型理论假说2.1 光介质的构造模型建立
图1 光介质构造模型 Fig.1 structural model of light medium 光的传播需要光介质，光介质具有一定的静止质量和内部结构并具有一定的分布规律。光介质的构造模型如图1所示，光介质是一个至少包括一个带正电的粒子和一个带负电的粒子，可称之为正光电子和负光电子。正光电子和负光电子相互作用，不停地以一个平衡位置为中心运动，形成一个振荡电偶极子。光介质遍布整个空间，由于热运动其电偶极矩不断发生变化，这样光介质之间不断相互作用。但在一般情况下，光介质象分子、原子等粒子一样，运动状态没有规律，因此电偶极矩取向也杂乱无章的，宏观上光介质对外就无法表现出带电性和磁性。 2.2 光介质之间的相互作用光介质内部的正光电子和负光电子不断运动，形成振荡电偶极子。这样，在一定的范围内，光介质之间不断发生作用。光介质之间的作用力有两种，一种是吸引力，另一种是推斥力，当在平衡位置上，吸引力等于推斥力；当光介质之间的距离小于平衡位置，就表现为推斥力；当光介质之间的距离大于平衡位置，就表现为吸引力。 2.3 光介质与宏观物质的相互作用光介质内部的正光电子和负光电子在不断运动，形成振荡电偶极子，这样也会不断地与宏观物质之间不断发生作用。在宏观物质附近的光介质与宏观物质直接作用，离宏观物质较远的光介质，通过宏观物质附近的光介质间接与宏观物质作用。 2.4 光介质的分布当没有宏观物质时，光介质会在宇宙空间里均匀地分布。具有很大质量的星体可以在一定半径范围内与光介质相互作用，因此，太阳可以在一定的半径范围内牵引光介质，同样地球也可以在一定的半径范围内牵引光介质。由于象太阳、地球等星体对光介质的吸引力作用很大，会克服光介质之间的部分推斥力，使光介质有变密的趋势，而这种作用随着半径的增大而减小，因此当靠近星体时光介质相对较密，远离星体时相对较稀。即光介质的密度随着与星体的距离变化存在着密度梯度。光介质的质量和体积都十分小并且为电中性，因此光介质的渗透能力很强，光介质不仅能在气体中存在，也能在液体和固体内部存在。光介质分布十分广，遍布整个宇宙空间，在这种意义上讲，宇宙空间里没有绝对真空。 2.5 光介质的运动光介质具有质量，并且与宏观物质相互作用。太阳、地球等星体的自转会在一定的范围内牵引光介质随着星体转动。但光介质被太阳、地球等星体自转牵引的角速度不同。在太阳、地球等星体内部，光介质与太阳、地球等星体上的物质具有相同的线速度和角速度。离太阳、地球等星体近的光介质具有较大的线速度和角速度；离太阳、地球等星体较远的光介质具有较小的线速度和角速度。即光介质的运动速度随着距离变化存在着运动速度梯度。在一个处于稳定状态的太阳系里，光介质绕太阳系转动的速度与一个同半径的行星绕太阳系转动的速度相当。在总体上，地球与周围的光介质速度相当，没有相对移动。虽然在总体上地球与周围的光介质没有相对移动，但是地球在绕太阳公转的同时，自身还做自转运动。这样，在一定范围内会牵引光介质随着地球转动。 2.6 光的传播条件与特点光介质能够传播光的条件有两个：（1）无数个光介质，单一光介质无法传播光；（2）光介质间相互作用，可以在一定的范围内运动。在任何宇宙空间里，都充满着光介质，而这些光介质不断地相互作用，或强或弱。因此在任何宇宙空间里，都满足光的传播条件，即在任何空间光都可以传播。 光传播的特点：光的传播仅仅是能量的传播，绝不是光介质本身的传播，但是这并不意味着光介质本身不运动，而是光介质受到周围光介质的作用与约束，因此光介质的运动有一定的范围。光介质的运动方向与光的传播方向是相互垂直的，因此光是一种横波，将会具有横波所具有的一些特点。 2.7 光的有阻尼传播和无阻尼传播光在传播的过程中，能量不停地传递，而这些能量可能部分被各种粒子吸收，这些粒子包括分子、原子、电子、光介质等。在一般的情况下，宇宙空间中的光介质处于一个平衡的稳定状态，因此，光介质吸收的能量很少，多数情况下可以忽略不计，因此在"真空"中光的传播可以认为是无阻尼传播。但是如果光传播的路程很远，达到数亿光年甚至更远，这样能量可能损失较多，这样就认为是有阻尼传播。光在宏观物质里传播，光介质会与宏观物质不断作用，由于宏观物质吸收能量的不连续性，一些物质对某些频段的能量吸收较多，对某些频段的能量吸收较少。 3 验证实验3.1 粒子加速器实验根据光子假说，在"真空"的粒子加速器中，粒子只受到电场的动力作用，并未受到任何阻力作用。而加速度不断减小是由于粒子质量随着速度增加而增加。因此，粒子不达到光速，就始终具有加速度，因此粒子的极限速度为光速。而且极限速度与粒子质量、带电量和电场强度无关，即无论粒子质量、带电量和电场强度是多大，粒子的极限速度都是光速。 根据光介质构造模型理论，粒子在运动的过程中，始终与一定范围内的光介质作用，当速度较小时，单位时间与粒子相互作用的光介质数量较少，因此光介质的阻力不明显。随着粒子速度不断增大，单位时间与粒子相互作用的光介质数量也不断增加，因此光介质的阻力表现十分明显。当粒子达到一定速度，受到光介质的阻力与电场提供的动力相等时，粒子的速度达到极限。 例证实验：采用环形粒子加速器在"真空"中对粒子加速，分组情况如下： (1) 粒子的质量存在一定级差，带电量一定，电场强度一定，磁场强度一定。 (2) 粒子的质量一定，带电量存在一定级差，电场强度一定，磁场强度一定。 (3) 粒子的质量一定，带电量一定，电场强度存在一定级差，磁场强度一定。 由于粒子所受驱动力与粒子的带电量和电场强度有关，粒子所受光介质的阻力与粒子的质量和带电量有关。因此粒子的极限速度与粒子的质量、带电量和加速电场强度有关，即粒子的最大回旋轨道半径与粒子的质量、带电量和电场强度有关。 3.2 光速实验光介质绕星体转动速度随着与星体距离变化存在着梯度，即离星体近的光介质，具有较大的线速度和角速度；离星体较远的光介质，具有较小的线速度和角速度。则例证实验： (1) 在一定高度，飞机自东向西和自西向东分别进行迈克尔逊-莫雷实验，以测出光介质相对地球运动。 |
