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相对论随想-木子假说 李谋智 光的粒子性与波动性之争，在物理学的历史上由来已久。爱因斯坦把光看成一份份向前移动的光子，"成功的解释了"光电效应，而在其相对论著作中，又把光看成不需要"光以太"的光波，"成功的解释了"麦克尔逊-莫雷实验。在解释一种光的现象现象时，把它说成光波，而在解释另一种现象时，又说它是一份份向前移动的光子，难道这两种观点能同时成立？为了研究这一问题，我们先来看一下波与普通的物体运动有哪些不同。 波与普通的物体运动的区别： 其一，波与普通的物体运动有着本质的差异。 波是由介质传播的振动，波存在的条件是：1、产生振动的波源，2、要有能传播这一振动的介质。例如声波的产生就需要声源，声音不能从大气层外传到地面，是因为大气层外缺少能传播振动的介质；而普通的物体运动产生不需要振动，更不需要介质。 其二，波与普通的物体运动相比，二者运动的特性不同： 在静止的介质中传播速度与介质有关，可随介质的不同，或变小、或不变、后者甚至增大。例如，在空气中，声音穿透玻璃的物理现象中，声波先从空气进入玻璃，波速会增大，声波再从玻璃返回到空气，波速又会减小；而普通物体在静止的其他物体中运动时，因受阻力，其运动速度只会减小。例如，在空气中，子弹穿透玻璃的物理现象中，若不计重力，子弹在空气和玻璃中运动时，速度一直会减小。 没有介质的地方，波必然停止；而普通物体的运动，若没有其他物体，由于不受阻力，其运动速度可保持不变。 现在我们能够肯定，认为光是波和认为光是一份份向前移动的光子，这两种理论是不相容的。那么，光就近是光波还是光子呢？ 光有以下一些特性： 1、光有波所特有的干涉与衍射现象。 2、光在均匀介质中的传播速度不变。 3、光从光疏物质进入光密物质时，光的传播速度变大。 4、两束光交叉时，光不改变方向。 向前运动的粒子束不可能符合以上特性的要求，然而，光具有波的本质特征，应该确信光是一种波，而不是向前运动的粒子束。既然光是一种波，它就应该有传播光的介质，即人们所说的光以太，光借助介质粒子通过碰撞的形式，向前传播的振动，在传递光波的过程中，介质粒子只是在原位置附近振动，并不随光波向前运动，而只是光的能量被传向远处。这一点与声波相似，空气传播声波时，并非空气分子直接向前运动，空气分子只在原位置的附近振动，而是声的振动却被空气传向远处。 那么，传播光的介质是什么呢？光能够透过空气传向远处，莫非空气就是传播光的介质？然而我们知道空气越稀薄越能传播光，根据我们对声波的经验，介质越稠密越利于波的传播，显然，空气并不是传播光的介质，我们知道，真空最容易传播光，因此，有理由相信，真空中充满了最稠密的传播光的介质。 为区别于传统理论中各种以太，我们给这种神秘的物质以全新的名字-木子，根据光的特特性，木子有以下一些特性： 1、木子是一种极小的微粒，极富弹性，永不停息地做无规则运动， 2、相对于整个木子群，单个木子向各方运动的几率完全相等。 3、木子存在于一切普通物质分子的间隙中。 4、普通物质中，分子间间隙越大，木子数量密度大，反之，木子数量密度就小。 5、只有木子才能传播光，一切物质的分子，对光的传播都具有阻滞的作用。 有具有以上特性的木子做传播光波的介质，就不难解时光的诸多现象： 1、透明物体与不透明物体，产生物体传播光的性能差异的原因。 若物质分子间隙太小，使得物质中木子数量密度过小，光线将不能被其中的木子传播，它就成为不透光的物质；而空气、水、玻璃等物质分子间隙较大，虽然有透明物质的分子阻滞光波的传播，但这些物质中有足够大的木子数量密度，且木子可以在分子中衍射，透明物质仍然能够透过光线。光在空气中传播时，空气越稀薄，分子间隙越大，木子数量密度越大，故稀薄空气较稠密的空气更容易透过光。 2、光线交错时不相互干扰，光的干涉和衍射。 光是由介质传播的波，所以光线交错时不相互干扰，而且光必然地具有干涉和衍射现象。 3、光波在介质中的传播速度。 光在均匀介质中各向同性，故相对于介质光速不变，这是波的共性；光波从光疏物质进入光密物质时，受到的阻滞作用增大，木子的数量密度又变小，故光速减小；而光从光密物质进入光疏物质时，受到的阻滞作用减小，木子的数量密度又变大，故光速增大。 尽管光是一种波，由于它是由众多的木子微粒来传播的，所以它也会表现出一些粒子的特性，然而，这是光的波动性基础上的粒子性，或者说光的波动性是第一位的，粒子性是第二位的。 光电效应具有以下一些实验规律： 1、对于一定的金属材料，存在一个产生光电效应的极限频率。 2、光电子脱出物体时的初速度和照射光的频率>有关而和发光强度无关。 3、阴极发射的光电子数和照射发光强度成正比。 这里我们试着用木子理论来解释一下光电效应： 光源发光时，撞击木子群，致使与之接触的部分木子振动，受激发的木子从相对于木子群速度为零，变为有一项外扩张的相对速度，将这一速度称之为启动速度，具有启动速度的木子向前挤压，压缩程度最大后，又向前舒张，舒张结束后，前端的部分木子又恢复到原来的启动速度，完成下一个周期，宛若虫子的蠕动爬行。整个过程，木子始终在原来位置附近运动，但光源产生的振动却传向了远处。木子向前挤压的幅度取决于启动速度，启动速度越大，振幅越小，而频率较高。光的频率并不是由光源的振动频率决定，这与声音的频率取决于声源振动频率不同。 光电效应实验中，高频光波进入金属物质时，受激发的木子启动速度大，具有较多的能量，使电子瞬时能达到足够的逃逸速度，从而克服分子引力，产生光电效应现象。相反，低频光波如果启动速度过小，受激发的木子具有的能量过小，众多的木子在振动能量最大时，都不能让电子达到足够的逃逸速度，克服分子引力，故光电效应不能产生。一定时间内，电子接触的木子数有限性，和受激发的木子具有能量的周期性，使光表现出所谓量子性，这种量子性是产生光电效应的极限频率原因；同时，这种量子性限定了单个电子所能获得的能量，决定光电子脱出物体时的初速度；当光的频率达到极限频率时，增加光照的时间可使光电子数目增加，而光的频率未达到极限频率时，增加光照的时间不能使光电效应发生。
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