6.1  电磁波能量“载体”──光子质量的实验测定

6.1.1  光量子概念的形成

为解释黑体辐射问题，普朗克借助维恩位移定律断定，不同频率振子的能量单元不具有同样的大小，它们的大小是和频率γ成比例的，其比例常数为h 称之为“作用基元量子”，或称为“作用量子”，我们称为普朗克常数。这时，能量子ε， 即振子各能级的差就可表示成：ε＝hγ

这就是著名的普朗克关系式。他于1900年12月14日，在德国物理学会的会议上公布了他这个与经典观念极不一致的结果，终于打破了认为“自然无飞跃”的古老观念，开创了物理学的又一个新时代──量子论时代。

普朗克已经敲开了量子世界的大门，他完全可以大胆地闯进门去，摘取更多丰硕的果实。他不仅可以利用量子概念解释黑体辐射现象，而且还可以进一步把这个概念用到其他的研究领域，解释更多经典理论难以解释的事实，预言更多的新现象。可惜的是普朗克犹豫了，他只是把量子概念看成是解决黑体辐射问题的一个形式上的假说，也就是说，他当时并没有了解量子概念具有的更深远的物理意义。

1905年，就在普朗克犹豫徘徊，而当时大多数物理学家对他的量子假说不以为然的时候，爱因斯坦却在德国权威的《物理学年鉴》杂志上发表了一篇题为关于光的产生和转化的一个启发性观点的论文，当时他不过是一个名不见经传的伯尔尼专利局的三级技术员。他在这篇论文中明确地提出了光量子的概念，不仅成功地解释了包括光电效应在内的一系列有关光的产生和转化的问题，从而大大地推广了普朗克量子概念的应用范围，而且暗示着光既有波动性，又有粒子性。[21]

6.1.2 对每一份光量子(hr)内所含光子个数及质量的研究

传统的理论认为：电磁波的一份光量子(hr)内只含有一个光子，不能将一份光量子(hr)再分割为  hr， hr，这就必定得出每一个光子的质量是不相等的结论。因此，光子的质量为：hr／C2。但是，这一结论是有问题的。 每一份光量子(hr)里不只含一个光子，应是多个光子，而只能认为每一个光子具有相等的质量才符合逻辑。

6.1.3光子质量的实验测定

①理论公式：

光子是一种微粒，它具有质量，它在运动。因此，它有动能E＝ mC2；另外，光的动能还可以用另一种形式表示，即E＝ hr。故：

  mC2＝hr

    即；m＝  (千克)

式中：

    m──表示一份光子hr内含有的质量，千克；

   γ──光波频率，赫兹；

λ──光波的波长，米；

    c──光速，2.99792458×108米／秒；

    h──普朗克常数，6.62616×10-34焦.秒；

    ②实测资料：

    氢光谱实测资料：用充氢的放电管放出来的光拍成片子叫氢原子光谱。[4]氢原子的巴尔末线系，如图2，表1所示。

                                              表1                                                   

③光量子质量的计算,并进行数据处理,推导出单个光子的质量

用公式m＝ （千克)，列表计算如下，见表2。

 
表2

序号
 颜色
 实测入

Å
 一份光量子(hr)的质量

千克
 hr含光子个数
 光子质量
 
实测数
 理论数
 mγ  千克
 
1
 红
 6562.1
 68.668784×10-38
 10
 10
 6.8668784×10-38
 
2
 绿
 4860.74
 92.704286×10-38
 13.5
 13
 6.8668784×10-38
 
3
 兰
 4340
 103.8251262×10-38
 15.119
 15
 6.8668784×10-38
 
4
 紫
 4101.2
 109.8730689×10-38
 16
 16
 6.8668784×10-38
 
5
 紫外1
 3860.059
 116.7369328×10-38
 17
 17
 6.8668784×10-38
 
6
 紫外2
 3645.81
 123.597069×10-38
 17.999
 18
 6.8668784×10-38
 

以上计算结果表明，氢光谱──电磁波每一份光量子(hr)中所含的光子个数不只一个，单个光子的质量是6.8668784×10-38千克，并且每一份hr内所含有的总质量数均是6.8668784×10-38千克的整数倍。(实测氢光谱频率需经宇宙相对论电磁波频率定律修正).

④光子质量与电子质量的倍比关系：

已知电子的质量me＝9.109534×10-31千克；光子的质量mγ＝6.8668784×10-38千克；故

即一个电子(me)的质量是一个光子(mr)质量的13265903倍。

6.1.4红、橙、黄、绿、青、兰、紫七种纯颜色的本质及差别：

经进一步研究证明:每一种纯颜色一份hr内含有的光子个数成等差数列排列。见表3。

表3

颜    色
 红
 橙
 黄
 绿
 青
 兰
 紫
 
波长(Å)
 6562.1
 5965.55
 5468.42
 5047.77
 4687.21
 4374.73
 4101.2
 
光子个数
 10
 11
 12
 13
 14
 15
 16

6.2氢原子内电子的运动瞬时速度的实测计算

 6.2.1根据氢光谱实验实测的波长λ0，经公式  

由此公式计算出里德伯常数(R)的实测值，见表4。

    6.2.2根据宇宙相对论里德伯常数定律（公式一）：v＝C 

    计算电子的运动瞬时速度。

    根据氢光谱实测资料，用上列公式列表计算氢原子中电子发射红、绿、兰、紫，……电磁波时，其电子的瞬时运动速度值(忽略自旋的影响，在一般要求内， 精度已足够)，见表4。

氢原子内电子运动瞬时速度的实测计算值

6.2.3氢原子内电子的运动轨道半径的实测计算

    为了验证“宇宙相对论里德伯常数定律”的正确性，下面将用该实测计算得出的氢原子内电子的速度来推算电子运动的轨道半径──氢原子的真半径，并与过去实测的氢原子半径──假半径[19](即氢原子核间距离的一半)32×10-12米进行比较。

    在一个氢分子内，为简化计算，取出一个氢原子为脱离体(经研究：当V＝3000─299792.458千米／秒时，精度能满足一般要求，在这种情况条件下，可以忽略另一原子的影响)。经推导证明得：

氢原子内电子运动的轨道半径公式：

将X、C、K、Z、e、me、R理(符号意义同前)，代入上式得：

 
R＝253.3842838 Z  ,将v=C 代入后得（公式二）：

R=28.24382479×10-16 

用上式列表计算半径R值,见表5。

氢原子内电子轨道半径实测计算表      表5

    用此结果与过去实测氢原子核间距离的一半32×10-12米进行比较、分析，可以断定，根据实测光谱数据用宇宙相对论里德伯常数定律所计算出的电子运动的瞬时速度和轨道半径是完全精确的。这标志着爱因斯坦与玻尔关于对“测不准原理”长期争论的结束，爱因斯坦的决定论观点取得了根本性的胜利。

    6.2.4氢原子结构内电子的运动规律

经用实测数据计算结果表明，氢分子结构的原子、电子有如下运动规律(见图3) 氢分子（H2）示意图     图3

6.2.4.1电子围绕原子核运动，有一个大周期，内含有三个小周期。 每一个小周期内，就有一个吸、放电磁波的过程；每一个大周期内，就有三个不相同的吸、放电磁波的过程。无论氢分子在多长时间以内，它吸、放电磁波均是重复上述过程。在每个周期内，电子将释放6次电磁波，它们是红、绿、兰、紫、紫外1、紫外2。 其中每一次释放出的光子个数是10、13、15、16、17、18。第一个小周期：电子释放出红、绿电磁波，其光子个数为：10、13共计23个；第二个小周期：电子释放出：兰、紫电磁波，其光子个数分别为：15、16，共计31个；第三个小周期：电子释放出紫外1、紫外2电磁波，其光子个数分别为17、18，共计35个。第二小周期比第一小周期多释放出8个光子； 第三小周期又比第二小周期多释放出4个光子。

    6.2.4.2电子释放红、绿、兰、紫、紫外1、紫外2电磁波时，它所处的位置， 运动速度不同。每一个小周期内，电子发射两次电磁波。电子发射电磁波时，在一个位置上的运动速度较快，而在另一个位置上则较慢，即电子时而加快，时而又减慢；电子时而靠近原子核，进而又远离原子核，电子围绕原子核的旋转运动半径R 成周期性的变化；同时，电子旋转运动速度的大小也成周期性的变化。
    6.2.4.3根据实测数据计算表明，电子发射电磁波时，其旋转运动速度减慢； 电子吸收到电磁波时，其旋转运动速度就加快。因此，可以断定，电子作减速运动时，就发射电磁波(发射光子)；电子吸收到电磁波(光子)时，电子就作加速运动。

    6.2.4.4氢分子是由两个氢原子结合而成的，  将两个氢原子的上述变化规律以及物体的热胀、冷缩规律结合起来分析研究，并可以得到如下结论：物体吸收电磁波(热的本质仍是电磁波)时，原子核与原子核的间距扩大，物体膨胀， 其电子围绕原子核的旋转运动半径减小(即原子的真半径减小)，电子作加速运动；物体释放电磁波时(释放出热量)，原子核与原子核的间距缩小，电子作减速运动。这一规律是根据实测数据的处理而得出的。其运动变化动力的来源将在《宇宙相对论量子力学》中讨论，这一经验规律，对于创立《宇宙相对论量子力学》具有十分重要的意义。

    6.2.5宇宙相对论光照度定律

    点光源在元面积上所产生的光照度与光源的发光强度I成正比， 跟点光源与受照体的相对运动速度(V)有关，并成反比(遵循广义宇宙相对论原理). 其数学表达式为：

               A＝ 

式中：A──受照体所接受到的光照度，流明／米2(勒克斯)；

      I──点光源的发光强度，坎德拉；

      r──点光源到受照体的距离，米；

      v──点光源与受照体的相对运动速度，米／秒；

      C──光速，2.99792458×108米／秒；

    6.2.6对物理实验和天文观测之迷的统一解释

    6.2.6.1关于对天体光谱红移的解释

    根据宇宙相对论电磁波频率定律：γ＝ 

可知：当某一电磁波发射源以速度v相对于观测者运动时， 观测者所接收到的电磁波的频率就要减小。①当v＝0时，γ＝0，其红移Z＝0；②当0＜v＜C时，γ从γ。逐步减小，γ→0，其红移Z＝0～∞；③当v＝C时，频率γ＝0，其红移Z＝∞。

    事实上，结合宇宙相对论万有引力学的理论可知：由于行星在自转，行星绕太阳又在公转，太阳系围绕银河系中心又在公转，……，依次类推( 最近一些天文台观测到的结果进一步证明了这种类推的客观性)下去， 并可建立起行星相对于有限远处另一行星的相对运动速度V(t)函数表达式。经用电子计算机运算结果表明，当公转角速度叠加n次之后，相对运动速度V( t)之值，并可超过引力子的传播速度2.9979260421×108米／秒。

    因此，宇宙红移，既不是宇宙在膨胀，也不是星系在退行；既不是光子的老化，也不是宇宙物理常数的变化，而是天体之间那永恒的相对运动所引起的。红移值的大小，表明观测者与发射光谱线之光源的相对运动速度的大小，红移值大，则表示其相对运动速度大。多普勒效应与红移的性质和意义是一样的。

    6.2.6.2关于对奥伯斯佯谬(光度佯谬)的解释：宇宙是有限的还是无限的？ 自古以来就有两种相反的说法。亚里斯多德相信宇宙是有限的，欧几里德则认为宇宙是无限的。总的说来，欧几里德的观点曾长期地为多数人所接受。

    光度学平方反比定律和牛顿万有引力定律问世之后，宇宙无限论遇到了两个非难。其中之一，就是1826年奥伯斯指出的“如果宇宙是无限大的，那么，无论从哪一个方向看天空，视线都会碰到一个星星，因而整个天空就要亮得象太阳一样”。实际上夜空却是黑的，这就是光度佯谬。根据宇宙相对论光照度定律：

可知：当恒星与另一行星的相对运动速度V(t)→2.99792458×108米／秒时,光照度A→0；当V(t)＝2.99792458×108米／秒时，光照度A＝0。

研究结果表明：由于行星在自转，行星围绕太阳又在公转，太阳系围绕银河系中心又在公转，……依次类推下去，并可建立起行星相对于有限远处另一恒星的相对运动速度V(t)的函数表达式。经用电子计算机运算结果表明，当公转角速度叠加n次之后，相对运动速度V(t)之值，并可超过光子的传播速度＝2.99792458×108米／秒。

    因此，用宇宙相对论光照度定律完全解决了光照度佯谬的困难。

    6.2.6.3、关于对宇宙电磁波背景辐射的解释

    根据宇宙相对论电磁波频率定律：

可知：当某一个恒星发射出的电磁波，传播到地球附近时，由于其相对运动速度v已经接近2.99792458×108米／秒了， 故在地球的观测者只能观测到频率减小了的电磁波，又由于宇宙在一定的尺度上，是基本上均匀的，即任一天体的周围在各个方向上具有相同的恒星个数，这就是宇宙背景辐射的各向同性之原因。

    因此，宇宙背景辐射仍是由天体(恒星)在作永恒的相对运动所引起电磁波频率减小的结果。

    6.2.6.4关于对光电效应，康普顿效应的解释留在《宇宙相对论量子力学》中进行。

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