|
康普顿效应推翻光的波粒二象性、推翻概率波理论 原创作者 马天平 籍贯新郑市 ( 2013-03-10 ) 摘要：使用光的波动论解释光电效应、康普顿效应，使光的波粒二象性失去存在的必要性。分析光子与量子理论的矛盾，发现康普顿效应中的光子违反量子理论，使康普顿效应否定光的波粒二象性、否定概率波理论。使用波动理论推导康普顿的量子散射公式。 （本文根据2012-03-16、2012-11-27 、2013-03-06发表在预印本的文章整理，参考："否定波粒二象性的证据，否定光速不变，否定质能方程, 促进科技理论发展"、..） 关键词：波粒二象性 光电效应 康普敦效应 光子 概率波 光速不变 相对论 引言： 由于传统波动理论无法解释光电效应、康普敦效应，才使光的波粒二象性得到科学界认同。现在已经可以使用波动理论解释光电效应、康普敦效应，并且发现康普敦效应不遵守量子理论、不遵守光速不变原理、违反相对论，就能够否定光的微粒说，因此康普顿效应就否定了光的波粒二象性、概率波理论。 目录 1、问题提出 2、康普顿效应的光子解释违反量子理论。 3、康普顿效应违反光速不变原理、违反相对论。 4、使用光的波动论解释光电效应。 6、使用波动理论重新推导康普顿的量子散射公式。
1、问题提出 传统认为，光电效应中，光子被电子吸收使电子产生动能；康普顿效应中入射的光子能够损失一部分，才能改变能量、波长，其中入射的光子遵守弹性碰撞规律。 但是，康普顿效应中的光量子可以被分割吗？能够碰撞的光子遵守光速不变原理吗？光子观点的康普顿效应遵守量子理论吗、遵守相对论吗？光的波粒二象性正确吗？概率波理论正确吗？康普顿的量子散射公式的推导过程正确吗？ 2、康普顿效应的光子解释违反量子理论。 参考传统解释： " 1900年12月14日，德国物理学家普朗克（M.Planck，1858－1947）提出：像原子作为一切物质的构成单元一样，"能量子"（量子）是能量的最小单元，原子吸收或发射能量是一份一份地进行的。后来，这一天被认为是量子理论的诞生日。"（http://baike.baidu.com/view/3028.htm> ） 参考维基百科-光子："光子看上去像是一种无尺寸的粒子，原因是它能够被那些尺寸远小于其波长的粒子，例如原子核（10-15米）和同样无尺寸的电子，整体地吸收或发射。"（ http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%85%89%E5%AD%90> ） 引用维基百科--量子："在物理学>中常用到量子的概念，量子是一个不可分割的基本个体。例如，一个"光的量子"是光的单位。"（ http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%87%8F%E5%AD%90> ） 参考" 1905年3月18日，爱因斯坦在《物理学纪事》杂志上发表了一篇题目叫做《关于光的产生和转化的一个启发性观点》的论文..........爱因斯坦写道："根据这种假设，从一点所发出的光线在不断扩大的空间中的传播时，它的能量不是连续分布的，而是由一些数目有限的，局限于空间中某个地点的能量子所组成的。这些能量子是不可分割的，它们只能整份地被吸收或发射。"组成光的能量的这种最小单位，爱因斯坦称为"光量子"。 1926年，美国物理学家刘易斯才把它换成了今天常用的名词，叫做"光子"。 爱因斯坦提出了光量子的假说，用来解释光电效应中无法用电磁理论说通的现象。1915年才真正引起人们的注意。美国人密立根想用实验来证实光量子图象是错误的，但是多次反复实验之后，他却发现，自己却证实了爱因斯坦方程的正确性。实验数据说明，在所有的情况下，光电现象都表现出量子化特征，就是能量被电子一份一份地吸收，而不是连续吸收。就象一个孩子吃面条，面条是一小段一小段进入他嘴巴，而不是象直线一样一直从碗里进入他嘴巴。 "（ http://www.syyy36.com/show.asp?id=1730> ）
所以，根据量子理论，只能认为一个（光量子）光子不能被分割、不能单独损失一部分能量。 那么，光电效应中，光子的能量被电子整份地被吸收，因此遵守量子理论；康普顿效应中，入射的光子遵守碰撞规律损失一部分能量的观点，就违反量子理论。 因此，遵守量子理论的光电效应，就与不遵守量子理论的康普顿散射，产生矛盾。 所以，入射光子的一部分能量被电子吸收、光子损失一部分能量的康普顿效应的粒子论的解释，违反量子理论。 结论：康普顿效应否定光子、否定光的微粒说、否定光的波粒二象性，使光的波粒二象性、物质波、概率波理论不成立。
3、康普顿效应违反光速不变原理、违反相对论。 传统认为，康普顿效应中，光子与自由电子发生完全弹性碰撞，电子获得一部分能量，散射的光子能量减小，频率减小，波长变长"，就已经违反相对论的光速不变原理，就违反相对论力学，使康普顿散射公式的推导中不能使用相对论力学。 如果光子遵守粒子的完全弹性碰撞，就不得不改变动量，使光子的速度改变，产生减速现象。因此就会违反相对论的光速不变原理。 通常的碰撞中会产生弹性变形、加速度过程，才能转换动量、能量，因此，碰撞中光子将会改变光速，就违反相对论的光速不变原理。 弹性碰撞使光子将改变光速，就否定相对论的光速不变原理，就使康普顿散射公式的推导中不能使用相对论质量、不能使用相对论力学，因此不能推导出康普顿散射公式、康普顿散射波长。所以康普顿效应不支持光子与电子的完全弹性碰撞，就否定了光的微粒说。 如果康普顿效应的光子碰撞解释成立，将使光子能够改变光速，将推翻光速不变原理、将推翻相对论。使康普顿散射公式的推导中不能使用相对论力学。 所以，康普顿效应不支持光子与电子的完全弹性碰撞，就否定了光的微粒说。 结论： 康普顿效应否定光子、否定光的微粒说、否定光的波粒二象性，使光的波粒二象性、物质波、概率波理论不成立。
4、使用光的波动论解释光电效应。 "光具有波粒二象性"是由光电效应确立的，但是，使用传统的波动论仍然能够解决，就使"光具有波粒二象性"失去意义。 光电效应中，电子受到1个波长能量的扰动，吸收光波能量转换为电子的动能。由于光波的波长与频率相关，使光电效应中光电子的能量决定于光的频率，而与光的强度无关。 由于光电效应的产生只取决于光的频率而与光的强度无关。因此，光的量子应该是光波的1个波长的能量（其中每个1/2波长具有1个波长的能量，各个1/2波长依次交替存在），形成一份一份断续的能量（光量子），就能够代替光子，就也能够符合光电效应方程。 根据光速摄像机拍摄的光波径迹，证明电磁波的一个完整波长（即变化电场与变化磁场）是在光速方向依次相互转换，没有产生同相位振荡（证明麦克斯韦方程组出现错误，传统电磁波理论出现错误），因此光波1/2波长的能量，等于一个波长的能量。各个1/2波长依次交替传播。 （光波径迹视频地址 http://tech.sina.com.cn/d/2011-12-14/09336496156.shtml> ）。 5、使用光的波动论解释康普敦效应。 在康普顿效应中，根据光的粒子说，当X射线的光子与自由电子发生完全弹性碰撞，电子获得一部分能量，使散射的光子能量减小，频率减小，波长变长。 但是， 光子能量减小、光子失去能量而导致波长变长， 就证明一个入射光的光子可以被分割，就与量子理论产生矛盾。 光子作为电磁辐射的量子，根据量子概念，光子就只能是电磁辐射的一个不可分割的能量单元，所以一个光子不能损失一部分能量。 因此，光的粒子说解释的康普敦效应，只能证明光量子可以减小，就违反量子理论。 所以，康普敦效应不支持光的微粒说、康普敦效应能够验证光不是粒子、康普敦效应推翻光的波粒二象性。 使光的波粒二象性不成立、概率波理论不成立。
康普敦效应的本质，是"自由"电子完全吸收入射电磁波的能量，使电子受迫振动激发空间中的媒质，辐射出散射的电磁波。 由于入射波扰动自由电子时，受到作用角度（散射角）影响，使散射波中存在大于入射波长。 （或者认为，当X射线的一个波长（或者半个波长）的能量扰动自由电子激发出散射波，使电子获得一部分能量，使散射的光的量子能量减小，频率减小，波长变长。 电子衍射，是由于电子撞击晶体（或者自由电子）时的变速运动，会扰动空间中的媒质产生电磁波。即，电子变速时扰动媒质产生激发光波，才能使电子没有损失自身物质。 同步辐射、韧致辐射，是高速电子变速运动时，扰动空间中的媒质产生的辐射，才能使电子没有自身损失物质。
结论： 光电效应可以使用波长解释，就验证光的波动性，就使"光的波粒二象性"失去意义； 康普敦效应不支持光的微粒说，使康普敦效应推翻光的波粒二象性、概率波理论。 康普敦效应可以使用电磁波理论解释，就验证光的波动性。 光的波粒二象性、物质波、概率波理论不成立。 6、使用波动理论重新推导康普顿的量子散射公式。 按照电磁波理论，可以认为，一个量子的入射电磁波，对自由电子产生作用力，推动电子产生位移，消耗一个光量子（一个波长）的能量E = h v；电子的位移产生散射光波长、该位移（的大小）等于散射光的波长、作用力需要的时间就是散射波的周期。 由于入射波推动自由电子产生的位移受到作用角度（散射角）影响，使散射波的波长存在大于入射波长。
已知在散射角为零时，散射波长λ等于入射x光波长λ0 。 设散射波与入射x光的夹角为θ，以入射波方向为参考，电子受到入射x光的作用力后，产生的位移为S cos θ，如果该位移的大小等于散射波的波长， 则散射角为θ的散射波波长λ，与散射角为零时的散射波长(实际等于λ0)的差，等于在散射角为θ时的电子位移 S cos θ，减去在散射角为零时的电子位移 S cos 0°，即 Δλ= λ- λ0= S cos θ - S cos 0° = S （cos θ - 1 ） （1） 或者，散射角为θ时的散射波长λ，与散射角为零时的散射波长(实际等于λ0 )的差，等于散射角为θ时的电子位移 S cos θ，与散射角为零时的电子位移 S cos 0°，两者的差的绝对值，即 Δλ= λ- λ0= | S cos θ - S cos 0°| = | S （cos θ - 1 ）| （2） 设在位移S方向，自由电子受到一个量子的入射波的作用力为 F，经过一个周期T，使电子获得位移；初始时自由电子相当于静止，动量为零，质量为m ，如果在受到光的量子的作用力F后达到光速c 。 那么，在位移S方向，自由电子动量变化为： FT= m c -0 = m c （3） 在位移S方向，自由电子受到入射光量子的作用力F后的位移S 为： S = FTS / FT = FST / FT （4） 根据机械功 W = FS ；光子能量E = h v ；使入射波的一个量子对于电子的功能转换为 FS = h v （5） 因此，把（3）（5）代入（4）得到 S = h vT / m c = h / m c （6） （ 其中频率与周期的乘积为1）。 把（6）代入（1）得：
把（6）代入（2）得：
（9）表示在不同角度时电子位移的差的大小等于散射波与入射波的波长差。 根据（8）或者（9）可以得到电子的康普顿波长。 其中电子的质量不变。 总结： 光电效应可以使用波长解释，就验证光的波动性，就使"光的波粒二象性"失去意义； 康普敦效应不支持光的微粒说，使康普敦效应推翻光的波粒二象性、概率波理论。 康普敦效应可以使用电磁波理论解释，就验证光的波动性，光只能是波。 光的波粒二象性、物质波、概率波理论不成立。 光波径迹视频，表明电磁波是在光速方向依次相互转换，没有产生同相位振荡，因此证明麦克斯韦方程组出现错误、传统电磁波理论出现错误。 |