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1.2 光电磁波的“波动性”、“粒子性”与“波粒二象性”的物理学研究发展历史
[楼主] 作者:叶建敏温州  发表时间:2014/06/26 23:37
点击:157次

1.2 光电磁波的“波动性”、“粒子性”与“波粒二象性”的物理学研究发展历史

 

17世纪,以牛顿为代表的物理学家认为光是一种粒子、光的运动方式为“粒子流”。这种学说认为光由光源发出的微粒、它从光源沿直线行进至被照物,因此可以想像为一束由发光体射向被照物的高速微粒。

 

这学说很直观地解释了光的直进及反射折射等现象,曾被普遍接受;直到19世纪初光的干涉等现象发现后,才被“波动说”占据上风。

 

而与牛顿同时代的荷兰人惠更斯,第一位提出光的“波动说”;他在17世纪创立了光的“波动学说”、与光的“微粒学说”相对立。他认为光是一种波动,由发光体引起,和声一样依靠媒质来传播;这种学说直到19世纪初,当光的干涉和衍射现象被发现后才得到广泛承认。

 

19世纪后期,在电磁学的发展中又确定了光实际上是一种电磁波,而说明光在本质上是电磁波的理论,最早由麦克斯韦的电磁理论提出、由赫兹的实验所证明的;光就是电磁辐射,所以就有反射、折射以及偏振之性质。同时,麦克斯韦的理论研究表明,空间电磁场是以光速传播。

 

期间,在1888年德国物理学家赫兹用实验证明了电磁波的存在,从此奠定了光的电磁理论;这一理论能够说明光的传播、干射、衍射、散射、偏振等许多现象。

 

所以,麦克斯韦在1865年得出了结论:光是一种电磁现象,光电磁波的频率不同、光的颜色就不一样。光是电磁波、光电磁波因为波长很短而在电磁辐射传播过程中表现为“粒子性”——不是粒子或粒子流、粒子性与粒子是两个物理概念,就可以很好的解释光的传播、干射、衍射、散射、偏振、磁光效应、量子性、光电效应、康普顿散射等一切光物理的本质与现象了。

 

那时,光是电磁波、不是粒子流、“光子说”就是错的等已经为科学界所接受,但是,爱因斯坦在1905年解释“光电效应”时提出了唯象理论、错误地认为光电磁波是粒子、用粒子流来解释“光电效应”,这就等于否定了光是电磁波、又回到牛顿的光是粒子学说了。

 

接着又出来一个德布罗意提出粒子物质波的“波粒二象性”理论,这理论本身是对的,但他受爱因斯坦的误导而把“光电磁波”当粒子而进行理论推广了、更加强化了错误的“光是粒子流”学说,而爱因斯坦同样“投桃报李”的把德布罗意及其物质波理论推到了科学前台、两人在科学史上相互呼应。这样错误的“光是粒子流”学说越走越错了,“波粒二象性”的和稀泥都救不了这个错误。

 

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[楼主]  [2楼]  作者:叶建敏温州  发表时间: 2014/07/07 18:04 

1.3 粒子物质波理论的“波粒二象性”与光电磁波的“波动性”、“粒子性”

“波粒二象性”是粒子物质波理论,理论的前提是用来描述粒子运动的、粒子运动过程中表现出“波动性”,所以称为“波粒二象性”。因此,“波粒二象性”不是“波粒二相性”,“波粒二象性”中的粒子不是波,仅表现有波动性而已;粒子是本质,波动性是表现,所以波是本质而粒子性是表现的电磁波就没有“波粒二象性”,“波粒二象性”这个物理概念不适用于电磁波。

而电磁波的本质就是波,不是粒子或粒子流,光电磁波因为波长很短而在电磁辐射传播过程中表现为“粒子性”而已、而不是粒子或粒子流,所以光电磁波无“波粒二象性”的说法。

即使我们说光电磁波有波动性与“粒子性”,但是波是本质、“粒子性”是表现。这里的“粒子性”不是粒子,“粒子性”与粒子是两个物理概念,所以“光电磁波”是粒子就是错误的说法,光电磁波无“波粒二象性”。而科学界混淆了“波粒二象性”的物理概念,导致了把光电磁波的“粒子性”当“粒子、粒子流”错误沿用至今。

退而言之,光若是粒子、有粒子物质波理论的“波粒二象性”,粒子是本质、“波动性”是表现,但电磁波的“波动性”还不是粒子物质波理论的“波动性”,两者有天壤之别的;因为没有一种粒子束在空间运动时表现出来的的“波粒二象性”是在3维空间里两两正交并相互生成而运动的,所以说光若是粒子,那么光就不是电磁波,而这明显与光是电磁波的物理实际矛盾的。

所以,认为光电磁波是粒子的这个错误与“质速关系式”结合就必然导致“光电磁波”的静质量为零(其实“光电磁波”有一样的动静质量、或没有静质量说法的),这个错误与“相对性假设”结合就必然导致“光电磁波”不能做参考系。
[楼主]  [3楼]  作者:叶建敏温州  发表时间: 2014/07/14 17:20 

光电磁波有“粒子性”,但不是“粒子、粒子流”.
[楼主]  [4楼]  作者:叶建敏温州  发表时间: 2014/07/25 20:25 

光电磁波有“波动性”与“粒子性”,“波动性”是本质、“粒子性”是表现,所以光电磁波的“波动性”与“粒子性”不是粒子物质波理论的“波粒二象性”,不属于德布罗意物质波理论范畴。
[楼主]  [5楼]  作者:叶建敏温州  发表时间: 2014/07/31 21:25 

光若是粒子,那么光就不是电磁波,而这明显与光是电磁波的物理实际矛盾的。
 [6楼]  作者:tyger01  发表时间: 2014/08/01 11:00 
 [7楼]  作者:tyger01  发表时间: 2014/08/01 11:08 
 [8楼]  作者:tyger01  发表时间: 2014/08/01 11:51 
 [9楼]  作者:tyger01  发表时间: 2014/08/01 14:59 

    当空间的天线上突然出现正电荷时,正电荷的电场就以光速向外扩散。正电荷消失时,消失的信息也以光速向外传递。
因为电场的下降沿也以光速向外扩散。
    天线上没有电荷时就没电场,空间里什么都没有。
    天线上出现负电荷时,负电荷的电场也以光速向外扩散,负电荷消失时,消失的信息也同样以光速向外扩散。
    电场的扩散可以不需要介质。电磁波的反射是场在穿越介质表面时产生的表面极化作用导至的"惠更斯效应"即"次波
源"原理。惠更斯原理不适用于无介质情况下的电磁波,因为那是场的移动,不是波动。

    假设有一个无线电发射天线,当天线上的电荷按正弦规律交替变化时,这种变化就交替的产生大小和方向交变的电场,
并按先后顺序等速的向外扩散,这就是电磁波。因此,单一方向的电磁波更像是一块塑造成"波"的"形状"的电场在整体
移动。能量集中在波的上升沿和下降沿上,相对场的移动方向垂直并静止的检测介面来说,分别表现为电波与磁波。但是不
论是电场还是磁场,都必然在极性交替的位置上有一个0点,就像前面说的天线上没电荷时的情况一样,是电场为0的点。这
些0点把"波"的正负半周分成了不连续的"电场段",每个半周才是一个连续的起伏变化的电场段。

    光的频率极高,所以光的一个波长很短,每个半周构成的电场段就是一个电场"颗粒"。

    光是电磁波,但又与我们平时通信用的长波、中波、短波、超短波、微波等不同。光的频率太高,不能用普通的电子设
备及天线产生和发射。光是由电子的能级跃迁时释放的能量构成的电磁振荡,但是每个电子从高能级向低能级跃迁时只能发
出0.5-2(这个数我记不清了,还是小时候在七几年出版的《十万个为什么》里看到过)个周期的电磁振动(这与跃迁的能
级数有关),并且方向单一,也就是2至8个粒子,所以电子的跃迁不能发出连续的电磁波。
(电力线理论需要修正,否则平行光或平行电磁场无法解释。)同方向电力线并不会互相排斥,比如抛物型反射镜面可以把
天线发出的电磁波变成平行的电磁波。激光也是平行的电场颗粒。真正球形幅射的电场波层,因为处处法线上的磁场相等全
部互相抵消了,所以没有磁场的存在,只是电波,不是电磁波。

    因为一般高温(比如白炽灯)产生的电子能级跃迁时间和方向各不相同,因此光是向各个方向幅射的。
    激光是一种让电子产生同方向的跃迁而形成的步伐整齐的光,因此是单一方向的高能光。即便如此,激光也不是连续的
电磁波,也是一段段的波组成。比如我们看激光照亮的地方会感觉像是有一些闪动的麻点,这是由于每一点上的光不连续的
原因造成的。

    光是由许多一段段的(0.5-2个波长)电磁波组成的,这是光波与普通电磁波不同的地方。但是不管它是不是一段一段
的,也不管每一段的光波是长是短,总之都是电磁波,所以除了持续的时间不同外,其他性质都相同。


    就像雕成波浪的冰块在移动的时候,相对静止的检测点来说,表现得像水波,但是相对波的载体冰来说,上面的波是固
定不动的固态形状。这样的波称作"波状体",或"固体波",比如弯成波浪形状的一段铁丝。在电磁波来说,因为光速极
快,所以波长很长。每个半波构成的一个场颗粒如果用幅度来表示,就像一个拉得细长的枣核,在光频时则变得短多了,更
加像粒子,应该叫作"波粒子"。或者应该说光就是由一个个的能量粒子组成的粒子流。

    但是这里说的粒子与"光子"的概念不同,因为根据波长可知,光的能量颗粒应该有几百纳米长。"光子"的大小更
像是一个电子跃迁产生的的一根光线的直径。(其实就是套在两个枣核形电场之间的磁场环的直径)。


    我们知道,如果把一个物体升高相同的高度就具有相同的势能,只要高度相同,势能就相同,不论持续多长时间。如果
反复的把重物升高降低相同的幅度,则每一个周期改变的能量都相同,与改变的速度无关。

    同样的道理,如果振幅相同,则每个波的枣核形颗粒(或低频率时的场段)上携带的能量相同,成为一个个能量团,与
波长无关。比如只要振幅相同,波长1公里与波长1米的电磁波携带的能量相同。因此,相同振幅的电磁波,频率越高(波长
越短)功率越大。因此相同振幅的电磁波频率越高幅射的有效(通信)距离也越远。这与电流或电压的有效值不同,电流或
电压的有效值与频率无关。

    光电现象也支持这种理论,因为同强度的光,波长越短表现的能量越大。


    电磁波没有空间尺度上的振幅,只是电场的强弱和极性的变化,而极性是人为定义的,因此,电场的正弦波不论正半周
还是负半周带的能量相同。如果从能量的角度来表达,波长很短的电磁波很像一串能量颗粒串成的珠串。说成是粒子流名副
其实。

    也因为电场的强弱不存在空间尺度上的长短高低粗细等概念,所以不论用任何"形状"来形容电磁场的样子都不会太恰
当,所以前面的"枣核形"也好"珠串"也好,还有刻成波浪的冰块等,或任何用"形状"来表达电磁场的方式都不能真实
反映电磁波和电场的本质面目,这需要要大家自己去开发想象力了。

 

[楼主]  [10楼]  作者:叶建敏温州  发表时间: 2014/08/01 19:52 

对【9楼】说:
错误,
 [11楼]  作者:tyger01  发表时间: 2014/08/02 08:00 

对【10楼】说:

欢迎指出什么地方有错误,然后再一起研究。

我认为对于宙的奥秘,我们的目的是为了搞明白,不是为了搞糊涂。是要明白化,不是要神秘化。

说实在的,相对论是经典物理学的一种反版,与经典物理学的区别仅仅是参考系的选择不同。

所以,也许现在很多人都发现了,反相者必须同时反经典物理学,维相者也纷纷起来维护经典物理学。因为如果相对论错,经典物理学也同时错了,如果经典物理学错了,那么相对论也必然是错的。

百度上有个人问:“牛顿力学与相对论力学的基本方法最大的区别是什么?”我说,除了选择参考系的方法不同外,二者几乎没任何区别。相对论用的所有的基础支柱都是经典物理学的内容。这就像在欧氏空间中,直角坐标系中表达的直线与极坐标中表达的直线是是不同角度对同一事件的不同表达方式,如果说极坐标中的直线方程是错误的,那直角坐标下的直线方程也一定是错误的。

牛顿力学根据相对性原理说光相对绝对空间弯曲了,相对论根据相对性原理说绝对空间相对光弯曲了。这和说“火车相对地面移动了”与“地面相对火车移动了”有什么区别呢?

牛顿力学是相对以太的运动规律的表达,相对论是相对光的运动规律的表达。各自用了一个相对对方的参照物会变的参照物,表达相同事物的方法当然不同。

在不是必须使用以太当参照系的情况下,那就可以用经典物理学。比如我们可以指定河水当参照物,可以指定空气作参照物,可以指定地面作参照物。可是当必须用以太作参照物时,经典物理学就陷入了两难了,不用以太无法测量,用妈太又找不着以太上的参照点。好在光在以太中以恒定的速度运动,不能直接用以太,为什么不能用光呢?这是相对论产生的意义,它解决了因为不能直接把以太当作参照物时的问题解决方法。光相对以太以恒定的速度运动,那么我们把光当参照物,不就一切问题都解决了吗?

有人指责说光速不变没有经过证明,可是,以地面作参照物,谁证明了地面绝对静止呢?以河水作参照物时说河岸在移动,用别人来指责河岸不会动吗?

假如要计算在静水中,求以一定速度匀速运动的船失去动力后的运动速度方程,你肯定会假定船是静止的。

假定船静止,水在以一定的速度移动,因为这样作会大大简化分析过程。船相对水会减速,就相当于船被水冲刷力影响而加速。最终船变成静止就相当于船速达到水的速度。显然公式一下就写出来了:a=F/m,F=κ×F静×√(1-v²/v0²),其中κ为其他的影响因素造成的力的增加系数,而F静是什么呢?显然是船在匀速运动时的牵引力(或者说船在静止时水对船的冲刷力)。

两个方程一联立,ma=κ×F静×√(1-v²/v0²),解出v,再把κ展开就完成了。

要是不以船为参照物,非要以水为参照物,那问题的分析过程就复杂多了。

换个参照物是不用证明的。

[楼主]  [12楼]  作者:叶建敏温州  发表时间: 2014/08/02 13:38 

对【11楼】说:
思维错误

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