|
怎样看待[光] 作者：杨升山 时间：2009.04.10 内容简介： 我认为，光这种物质，是粒子，具有与其它物体同样的特性，也可以说，有质量（在相对论中的静止质量），体积，运动有速度： 还有一个重要的特性，是我们认识自然的重要媒介之一。这里说得他们对人类的认识作用就是一个邮递员，不管他们怎样努力，总会造成传递误差，不能把观察到的情况作为唯一依据。 粒子现象是他们的各自状态表现，波动现象是他们的群体现象的表现。由于光的运动速度较快，我们的观测仪器（包括人们的眼睛）都有滞留作用，现在还不能观测到个体光子的运动。 正文： 对于光，是波还是粒子，还是具有波粒二象性的物体，众说纷纭。在量子力学中，光有分成个体的特性，也就是不是连续的，称为光量子。可是光量子的说法是数学的表示，只是个符号，不是实物。在现今的情况下如何看待光，什么是光的速度，成为近代物理学的重要问题。 "狭义相对论"几乎可以解释自然界的一切匀速运动现象，唯独不能解释"光子"。 光的性质到现在还没有完全统一的理论，我在本文物理学一节中，估计光的所谓二像性，就分别是光子的个体与群体的结果，而光电效应，是光子个体表现，反射、折射等波动性质是群体表现。光子又极可能是质量不同的光子群。同色的光线，又可能是具有相同能量却具有不同质量和速度的光子群。这从光的多普勒效应中可以觉察。 我认为，光学的粒子说与波动说并不矛盾，只不过是从不同的侧面描述光这个物质而已．光学的粒子说，指出的是光子的单体，无数个光子去轰击一个原子，只有很少光子能与原子发生碰撞，起作用的只不过是个体．光学的波动说，指出的是群体现象．就象一支部队，每个士兵是单体．整个部队是群体．如果把光子看成子弹，光的波动说就是说每个波峰相当于排射，光子说指的是单击．子弹从枪膛有初速，光子从原子中发出也有初速．
水波,声波的传播,都是借助于媒质.媒质都是由单个分子组成的.它们的特性,类似<光子>的性能.只不过是数量众多,只能按群体看罢了.水波是振动源冲击振动源周边的水分子,是它们运动,又由于反弹向中心运动,反复运动行成波动.声波同样如此.光波的传播没依靠介质,而是无数小粒子向外飞. 每个原子都是由原子核与电子组成,电子不停的绕原子核运动.光子群照射原子,只有很少光子能击中电子,电子的能量增加到能脱离原子核的束缚时,就产生电子移动,这就是光电效应.而多个电子移动才形成我们能够感知的电流. 光速与产生光的光源的运动无关,而与参照系的选择有关。
我们能够感知的光，只是快速运动的众多粒子的很小一部分。当光子的能量降低到红光以下或能量增加到紫光以上时，我们用眼睛就不能直接感知了。要感知它需要借助仪器的帮助。但不能被感知并不等于这些物质不存在。"光子"和基本粒子一样，也具有一定的质量，动量，能量，也同样适用万有引力定律。对于光的本性问题，还有许多问题值得研究。至于光源的发光机制，光与光源的关系，都需要认真研究。从类比的方法去看，极可能各向不同性，这些问题，本文尝试进行一下探讨。 我们在这里先谈一谈光在我们认识世界过程中的作用。
前面说过，光线是我们用眼睛感知物质的主要媒质，是把物质的特征信号传递给人们的忠诚邮递员。 一个物体的是否存在，是否运动，与光线的存在与否并无关系（严格来说在有光子碰撞物质时，会使物质受力。）那么，洛仑兹变换式中光速ｃ，又不是凭空得来的。为什么在测量速度的计算中，却出现了与光速有关的数据呢？ 这就使我们想到日常生活中存在的一个现象，就象在同时性一节中所举的例子。这个例子虽是假想，要想实验并不费力，朋友们有兴趣不妨试一试。 可能会有人说："不对，这是假设光有传递信号作用后引起的，而光实际上没有这种作用，我也没发现这种作用。" 我要这样来回答：现在比较事物，不限于把两种物体拿在一起比较 了，而是依据比较基准进行测量。测量时又不是拿尺去量，而是用仪器。测量者在大多数情况下并不直接与被测量物体接触，而是用眼看。试问：没有光线的传递作用，我们能看到物体吗？我们用的望远镜，显微镜，测距仪，只不过利用几何学知识进行换算，也没有直接接触物体。对于一个运动物体，又不能与静止物体放在一起，主要靠光线的传递作用。用雷达测量时利用无线电波，无线电波与光的性质近似。而光传递信息作用由于本身的速度限制不可避免的会造成误差，就好像邮递员不论怎样努力总会造成时差一样。 光的传递信息作用像个邮递员，那么把事物的特征信号从光线上取下来也应该是可能的了。当然是这样，而且大多数人都曾样做过，只不过不注意罢了。 试问有哪个人没照过相片或没见过相片呢。照相就是从光线上取下事物 特征信号的一种方法。我们看到相片，就能看到过去年代的信息。但要与相片谈谈话，那就不可能了。科幻小说的 作者敢于幻想乘上超光速的火箭回访几个世纪 前的伟人，那只是幻想，并不科学。但科学发展以后，超光速的飞行器定能产生，看到"伟人"的形象则完全可能，要想再与"伟人"谈话却是不可能了。因为看到的只是像，不是物。 现在，电视已在全国普及，可视电话也已投用。可视电话虽然可以对面谈话，但电视屏上的毕竟只是对方的图像，要想接触是不可能的。要知道，人们的感觉不限于视觉一种，而是有多种功能的。只有多种功能的综合使用，才能感知实物。 当然，普通照相只是保存了部分图像信号。近代科学技术的发展，全息摄影术的应用，给图像信号的保存和再现创造了有利的条件。磁带录像，激光录像等新设备的问世，更能说明这个问题。如果出现全息电影，那就会给人更加逼真的感觉，可是这仍然只是假象。 如果把照相看成是时间机器的话,把过去的录像重新放映.我们就可以看到过去了,但是那毕竟是像,不是物的本体.再说,光线在空间传播时,还有折射,反射,还会受到引力而改变方向.当这些信号被反送回来时,我们也可能看到过去的形象. "狭义相对论"用所谓四维时空来代替现实的三维空间，在观念上，呈现的是保留旧的形态而又呈现新的形态。而事物的变化是旧的形态的消失和新的形态的产生，所谓四维时空显示的是与事物发展情况不符合的。人的主观感觉由于视觉的暂留作用可以保留很短时间旧的事物形象，但毕竟是错觉。 现在回头来说说多普勒效应。多普勒效应使用波动学说解释光的运动的。要明白这个问题，需要对多普勒频移的原理进行探讨。 对于波动现象，有波源，媒质，测量着，已不是简单的两个物体之间的关系了，用简单的函数式已不能完全表示了，需用多元函数式来表示。最好是参数方程组来表示。对于光线来说，因不存在媒质，好像与其他波动不同，其实也适用波动的其他规律，我把它的波动性只看成是众多光子的群运动后，就与其他波动的性质一样了。光波极有可能是一条渐开线，在单方向看就等同于波动。 图一：图中的直线表示测量者的运动方向 对于波源，与媒质往往是看作相对静止的，也就是说，波源发出的波在频率与波长上可以看成是固定不变的，但在测量者来看，接收到的波在频率与波长是并不是固定不变的，而是随着测量者的运动速度而变化。测量着测量出了波长的变化或是频率的变化，就称为多普勒效应，（由于多普勒最先发现这种效应）。 从上图看，不只有纵向的多普勒效应，也有横向的多普勒效应。先拿纵向多普勒效应来分析，细分后，就是把一个波长的距离，让波动与测量者共同来分担，由于测量者相对波源的运动是有方向性的，就会有频率减少与增加两种情况，有时不这么说，而说是波长增加或减少了。真实情况是，波峰没有走完或多走了他应走的距离，就被测量者接收到了，这和同向运动与异向运动本质上是一样的。 有时对于测量者是不是运动是很难确定的，也不好确定波的媒介与测量者是不是相对运动，只感到这时测量的结果与原来测量的结果有差异，表现形式就是接收到的波峰数多了或少了。测量时是不会影响波源的发射的，也可以说发射的波的频率不变，变化的只有波长。在测量者看来，这种变化就是自身的运动结果，实际就是测量者与波源的距离缩短与加长。如果硬要说测量者与波源的距离没有变化，，那就是测量者要感到波速改变了，因为这时的波速是两者运动的合成。这就看测量者运动的方向来定。 对于光线，我认为用发射原理比较对，光线的波动性指的是所谓光子之间的群运动，光子是那样小，单个光子不可能引起我们的视觉。对于光速，我想了个简单的测量办法，就是分别在早晨与晚上测量光速，也不用什么特别仪器，只用一个叁棱镜就可，把测到的光谱与太阳光谱对照，从红移与紫移上就可以得出光速，因为速度=频率*波长，我们的测量不会影响太阳光的发射，变动的只是测量者在运动。如果大气层影响测量，那只有到人造卫星上去进行测量了。如图二
参考文献： 一：爱因斯坦文集网络中文版一，二，三集PDF版 二：物理世界奇遇记， 三：动目标显示雷达。
|