光的粒子性是假象光的波粒二象性学说不成立

《光的粒子性是假象光的波粒二象性学说不成立》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光的粒子性是假象光的波粒二象性学说不成立（8页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、光的粒子性是假象-光的波粒二 象性学说不成立作者:日期:光的粒子性是假象 光的波粒二象性学说不成立曾祥文摘要：目的：否认光的波粒二象性学说,完善光的波动学说；发现矛盾,提岀问题：通过比照分析被物质波所描述的,都具有波粒二象性的光和电子、质子、中子、a粒子等,得岀矛盾结论一一光和电子等的粒子行为截然不同,更重要的是,用爱因斯坦的光子说解释光电效应也存在矛盾,用光子说解释库仑定律存在 锋利矛盾；分析问题：提出光的粒子性是一种假象的来源,分析用波动理论可以解释被认为光具有粒子性 的黑体辐射、光电效应、康普顿效应的内在依据；结论：光是能量量子化的电磁波,光的粒子性是一种假象,光的波粒二象性学说不成立.

2、关键词：物理光学 ；光的波动说；光的微粒说；波粒二象性；光子；激光；库仑定律中图分类号：0431引言光的本质是什么？人们对光的本质的熟悉经历了一个比拟漫长而曲折的过程,光究竟是波还是粒子？自从十七世纪初笛卡尔提出的两点假说开始,经过许多科学家不懈的努力,进行了无数次实验和探索,发 现了众多的光学规律,形成了以 牛顿为首的微粒说学派和以惠更斯为首的波动说学派之争,至二十世纪初 以光的波粒二象性告终,前后共经历了三百多年的时间.正是这种争论,推动了科学的开展,并导致了20世纪物理学的重大成就一一量子力学的诞生.引发了一系列划时代的科学发现和技术创造.光的反射、折 射、衍射、干预、偏振等现象,以及光

3、的电磁波属性,充分说明光具有波动属性；黑体辐射、光电效应、 康普顿效应又表达了 光的粒子性.光的波粒二象性学说是指光同时具有波动性和粒子性的双重属性,可以 说能解释所有的光现象,也解决了光波的载体问题.光的波粒二象性学说真的就是波动性、粒子性的有机 结合、辩证统一吗？由于学说的观点特别新奇,虽说被学术间广泛接受,同时也引起了众多质疑光的波粒 二象性学说的声音.我对各种科普书上光学实验事实仔细推敲,对光学理论进行仔细比照分析,发现许多 光现象跟光是微小的实物粒子流的观点相矛盾,更重要的是发现光学规律与光的波粒二象性学说存在锋利 的矛盾.我认为光的粒子性是一种假象.2发现光没有粒子性质1.1光和电

4、子、质子、中子、a粒子等的粒子行为截然不同由于微观粒子和宏观物质的运动规律存在巨大的差异,就用物质波理论认为都具有波粒二象性的光和电子、质子、中子、a粒子比照1 从传播速度上看：光在真空中的传播速度 是299792458 m/s.光在水中的速度：2.25 xiOPm/s.光 在玻璃中的速度：2.0 xiOA8m/s .光在冰中的速度： 2.30 xiOA8m/s .光在酒精中的速度：2.2 xiOA8m/s.光在没有外力作用下,从真空射入玻璃,再从玻璃射入真空,速度发生了由高到低,再由低到高的变化, 变化方式是台阶式的跃变,不存在渐变；在光电效应中,由于不同频率的光照射金属,产生的光电子有不同

5、的遏止电势差,说明光电子产生后有不一样的速度,电子、质子、中子、a粒子等都不存在各自特有的 固定速度,而且只有在外力作用下,速度才会发生渐变,用盘旋加速器加速带电粒子就很直观的说明了粒 子没有各自特有的固定速度；2从传播方向上看：a粒子散射实验证实一一微观世界是比拟空旷的核式结构；电子衍射实验证实一很细的平行电子束投射到晶体上,发生反射后产生衍射把戏,也就是反射后运动方向是不一样的；质子、中子等在非真空运动都有碰撞现象,而光在均匀媒质、光滑介面处发生反射、折射现象时,都严格遵守反 射定律、折射定律,如果光是微小的实物粒子流,在发生镜面反射后,为什么会在方向上如此步调一致, 而且反射后速度没有损

6、失？3从传播过程中的损耗看：金属中的电子在传输电能的过程中,有电阻存在,电流越强,电阻的损 耗就越大,严格遵守欧姆定律R=U/I ,电阻率的大小p=RS/L,除了与材料有关外,更明显的是与横 截面积、长度有关,这主要是电子和微观粒子的弹性碰撞引起的；而光纤激光切割机证实,激光在光纤中 的损耗可以到达忽略的程度,损耗也是由物质的吸收造成的,能说明光有粒子性吗？ 2.2爱因斯坦的光量子模型与光电效应事实存在矛盾光电效应实验说明在入射光的频率大于截止频率的情况下,光电子的初动能,随入射光的频率的增加|而线性地增加,光的能量与光强无关,而仅与频率有关.光照射到金属外表上时,几乎马上就有光电子逸 岀,这

7、就是光电效应的“瞬时性.爱因斯坦的光量子模型能完美解释一一频率大于截止频率的光量子,产 生光电效应的所有实验事实；同时从爱因斯坦的光量子模型也可以推岀一一频率小于截止频率的光量子, 有能量积累效应,理由是一一光速大于电子速度,光子有动量P=h/入/c,动量有矢量叠加特性,经过多个光子弹性碰撞就存在一定的概率可以使一局部电子的动能增大,克服原子的束缚而变成具有一定初动能的光 电子.从这个推理可以看出一一 爱因斯坦用光量子模型解释光电效应,有成功的一面,更隐含着矛盾的一 面,光电效应的产生没有光能 叠加效应.被密立根光电效应实验精确证实光电效应的爱因斯坦方程光子能量=移出一个电子所需的能量+被发射

8、的电子的 动能E=hv-w,这里hv是量子光量子能量, w 为物质的根本 电离能,E为物质抛离所携带的能量.只能是 光电效应过程中数量关系的表达,而不能定性 光是粒子.这一点如同完美的麦克斯韦方程组是经典电磁学的根底方程,但不能证实经典电磁学理论完美 无缺.2.3光的粒子性无法解释互相垂直的偏振片产生的视场全暗现象光是横波、光又是粒子,光在通过光栅时,就存在一定的概率,光子正好经过光栅的中间,也就是说 光在通过互相垂直的偏振片不会产生的视场全暗现象,这个推理与客观事实不符,事实是岀现全暗的视场.2.4光的波粒二象性学说与光的独立传播原理矛盾爱因斯坦用光的波粒二象性学说解释光电效应一一光电子是由

9、光子与电子弹性碰撞反冲岀电子；康普顿解释康普顿效应一一光子与电子弹性碰撞改变了光子的频率,爱因斯坦和康普顿的共同点是一一光是一 种实物粒子,能和电子发生弹性碰撞.光的干预现象是频率相同、振动方向相同、相位相同或相位差恒定 的两束相干光相遇时,使某些地方振动始终增强,而使另一些地方振动始终减弱的现象.在杨氏双缝实验 和薄膜干预都显示岀光的干预现象,都使人们实实在在观察到了光束之间的相互作用.光的独立传播原理是两束光波在传播过程中相遇,相遇后仍然保持它们各自原有的特性频率、波长、振动方向等不变, 仍然根据自己原来的传播方向继续前进,好似在各自的传播过程中没有遇到其他波一样.光的干预现象和光的独立传

10、播原理一同说明了这样一个道理一一两列光波在相遇后,存在相互作用,但没有发生粒子相互碰撞现象.在真空条件下,用镜子按 90度反射太阳光,观察是否有光子碰撞的漫反射现象,这是最直观, 也最有效的证实光传播过程中是不是粒子的证据,其他方法由于有微观粒子的纠缠,没方法判断谁是谁非.惠更斯就曾经用这个生活中的例子来反驳微粒说：如果光是由粒子组成的,那么在光的传播过程中,各种 粒子必然互相碰撞,这样一定会导致光的传播方向改变.而事实并非如此.2.5光的波粒二象性学说的派生理论与真空中的库仑定律矛盾光是电磁波,光具有波粒二象性.在量子场论中光子被认为是电磁相互作用的媒介子,光子是所有电 场和磁场的产生原因,

11、光子是电磁辐射的载体,是传递电磁相互作用的根本粒子.库仑定律说明：在真空 中两个静止点电荷之间的相互作用力与距离平方成反比,与电量乘积成正比,作用力的方向在它们的连线 上,同名电荷相斥,异名电荷相吸.用光子说无法解释库仑定律的理由是：1光产生是有条件的,在分子或原子中,处于高能级的电子跃迁到低能级产生一份光,光不是无始无终,随时产生；2 一份光的能量是 E= h v说明只要两份光的频率相同,不管发光距离与作用点的远近如何,传递的能量是相等的, 两点电荷的作用力公式F= KQ?Q?R?/R2说明两点电荷的作用力大小与距离平方成反比,说明“光的波粒二象性学说与“真空中的库仑定律在数量关系上严重矛盾

12、；3通过光子无法传递异名电荷相吸的作用力；4无法传递电子绕原子核旋转的向心力,典型的例子如处于基态的氢原子中电子绕核旋转, 没有光子发射,如何提供向心力？ 综合上面的事实,说明光的粒子性不能成立.3光的粒子性是一种假象,用波动说能解释光的粒子现象3.1光的粒子性是一种假象光的粒子现象来源有两个：1现代物理证实一一物质的微观是由原子或分子组成的,原子光谱的规电律性证实原子能级是分立的,原子或分子是粒子；2 一般情况下,光是由原子或分子中的电子由高能级跃变到低能级产生的,从空间上看产生于原子或分子尺度内,超小；从时间上看,现在激光器实现了飞秒 级的脉冲,超短,空间上的超小、时间上的超短,像粒.3.

13、2用波动说能解释光的粒子现象 ：1普郎克的黑体辐射：普郎克研究黑体辐射,发现黑体辐射能量量子化,提岀了能量子假设.黑体辐射 从本质上讲还是原子辐射,现代原子理论和光谱学都证实一一原子内的电子处于各自分立的能级上,电子 由高能级向低能级跃变,损失一局部能量,以电磁波的形式释放岀来,释放岀来的能量的多少,由电子的 高能级与低能级之差决定,由于原子内的电子所处的能级是固定的,因此释放岀的辐射能量是量子化的. 能量量子化从激光现象可以充分表现岀来一一由于激光物质电子的能级有固定的亚稳态和基态,因此产生 的激光是单一频率的.化学反响热也可以说明物质原子或分子的能级是分立的.也就是说黑体辐射能量量子化是原

14、子或分子的能级分立产生的.2光电效应：光电效应的实验规律有 1每一种金属在产生光电效应时都存在一个极限频率或 称截止频率,即照射光的频率不能低于某一临界值.相应的波长被称极限或称红限波长.当入射光 的频率低于极限频率时, 无论多强的光都无法使电子逸岀.2光电效应中产生的光电子的速度与光的频率有关,而与光强无关.3光电效应的瞬时性.实验发现,即几乎在照到金属时立即产生光电流.响应时间 不超过十的负九次方秒1ns .4.入射光的强度只影响光电流的强弱,即只影响在单位时间单位面积内逸 岀的光电子数目.在光颜色不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大,即一定颜色的光,入射光越强, 一定时间内发射的电子数

15、目越多.在经典电磁波理论解释光电效应的实验规律时存在熟悉上的误区一一光强不等于振幅,电子在原子中的能级是分立的,在原子空间无法表现岀有差异的振幅；声波、电磁波没有 能量积累效应,否那么在传播声音信号、电磁波图电磁波信号时就表现出模糊一片.二氧化碳激光器,发出的激光波长为10.6微米,身处红外区,大功率激光器应用于焊接、切割、打孔等加工.二氧化碳激光器说明波长为10.6微米的一份红外线 ,就能使原子中的电子由基态跃迁到激发态,宏观效应是能使金属铁由固态变成液态,从能量传递的角度说,光波没有能量积累效应一一其他的光波不能使处于高能级的电子向更高能级跃迁,这就如同用酒精灯,无论怎样加热也无法使金属乌

16、液化.光 波的能量E=hv是由光的频率决定的,只有大于截止频率的光波提供的 电磁能才能使原子内的电子由基态 克服原子核的束缚变成光电子,产生光电效应.3康普顿效应：X射线是比紫外线频率更高的光,更容易产生光电效应.在康普顿实验中,X射线通过物质散射时的物理过程是,一局部被散射物质直接反射,另一局部被散射物质吸收,产生光电效应,光电子在运动过程中损失一局部能量,并产生轫致辐射高速电子骤然减速产生的辐射.这一过程可以瞬时完成,也就有了康普顿效应：在 散射X射线中除有与入射线波长相同的射线外,还有比入射线波长更长的射线.正如用光激发激光物质,用来激发的光和产生的激光频率是不一样的,比入射线波长更长的

17、射线是光被吸收后再次发射的结果.4结论光是能量量子化的电磁波,光的粒子性是一种假象,光的波粒二象性学说不成立.光传递的是电磁能E=hv ,不是粒子的机械碰撞,光没有动量P=h/入/c光由于产生方式决定它不是连续的电磁波,激光的单向性说明光不是球面波,光的能量公式E=hv说明光在传播过程中不会产生新的波源,没有能量损失,常见的损耗是物质对光的吸收.用天文望远镜能观测到上亿年前恒星发的光也能直观的说明这一点.光的传播媒质是电磁场,电磁场是什么物质,现在还没有成熟的理论,不过人们从电子、甚至更小的粒子之间引 力、斥力等各种相互作用力可以实实在在感受到各种性质的场存在,就像万有引力一样,电磁场无缝的存

18、 在着,可以传递作用力或能量；光的反射、折射只发生在两种媒质的分界面,是由于分界面处的电场和媒质内部的电场分布不一样产生的,只要分界面足够光滑,就能形成匀强电场,就能使光的反射、折射步调 一致.参考文献：马文蔚 柯景凤物理学中册M北京.高等教育出版社,1986.1 马文蔚 柯景凤物理学下册M北京.高等教育出版社,1986.1 光电效应DB.百度百科.2021.3 光的波粒二象性DB.百度百科.2021.4激光DB百度百科,2021 .5 光子DB百度百科,2021 .6 创新点说明：1:否认光的波粒二象性学说,完善光的波动学说；2 :发现光的波粒二象性学说在光的反射、折射、干预、偏振等方面都存在矛盾,特别是与真空中库仑定律、光的独立传播规律存在锋利的矛盾；3:提岀最直观,最有效的证实光有无粒子性的实验方法；4 :根据光波能量公式 E=h v,提岀光在传播过程中没有 能量损耗,常见的损耗是物质对光的吸收.