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二、浅谈光的粒子性 谭星军 人类的认识往往是在曲折中前进的，对光的认识也是如此。最初，人们对光的本质的认识有两种观点，一种认为光是一种波，而另一种观点认为光是一种粒子，即有光的粒子说和波动说两种说法并存。牛顿认为光是一种匀质硬性小球，这种观点能够较好地解释光的反射、折射及光的直线传播现象。但随着光的干涉、衍射现象的发现，使光的波动说又占了上风；而光电效应的发现，使光的粒子说又重新登上了历史的舞台。但麻烦随之而来，因为光的粒子说无法解释干涉、衍射现象，而光的波动说也无法解释光电效应。于是，有聪明人把波动性和粒子性这两种截然不同的特性揉在一起，创造出了所谓的光的波粒二象性，并且自以为对物质的认识又前进了一大步，这还不算，他们又进而推广认为一切物质都有波粒二象性，这恐怕也是没有办法的办法。就在人们为波粒二象性这种新提法而洋洋自得的时候，殊不知，却丧失了一次认识光子内部结构的极好机会。而此后，人们若要揭示光的本性，就要承受更大的压力，排除更多的干扰，做更多不必要的工作。本文将从光的干涉、衍射现象入手，全面揭示光的本性－－粒子性…… 1、光的本性――粒子性 光的本性是什么？这个问题似乎无需讨论。物理学家会告诉你，光具有波粒二象性，是一种物质波；实际上一切物体都具有波动性，只不过宏观物质的物质波较短，更多时候其表现出粒子性而已。这样的回答不禁使人想起一个幽默： 有人问：“地球为什么是圆的？” 我们痛心地发现，这个简单的近乎无聊的逻辑被人滥用到了令人吃惊的程度，在当今物理学中，似乎不谈物质波、相对论就显得落伍、水平不高什么的。那么，物质波是什么东西呢？恐怕只有极少数的聪明人才知道！我从来就认为光是一种粒子。这种观点可以解释光的直线传播、反射等等现象，但是光子说的确“无法解释光的干涉、衍射现象”。长久以来，我一直在思考如何解释这个问题，而光的干涉现象、衍射现象无疑是建立光子说的最大障碍。所以要想建立光子说，必须首先突破干涉现象、衍射现象的瓶颈。如何认识光的干涉现象、衍射现象呢？我们认为需要从两个方面入手，一方面是光子内部结构问题，另一方面是引力场的问题，这两方面要统筹考虑。。牛顿的光子说仅仅把光子看作一种简单的匀质硬性小球，这实际上是对光子的内部复杂结构认识不足，我们认为，光子并不是“匀质硬性小球”，它有极其复杂的内部结构，而光的干涉现象和衍射现象实际上是我们通过引力场认识光子内部结构的极好机会。 我们先从较简单的单缝现象考虑，我们知道，光子在同一介质中沿直线传播。但光子通过单缝以后会扩散，怎么解释这个问题呢？我最初的考虑，光子通过单缝以后的扩散是由引力引起的，这倒也勉强说得过去，但问题马上就来了：倘若认为光子的衍射现象是由引力引起的，那么衍射图案应该是一片连续的亮区，怎样解释衍射图案是明暗相间的条纹呢？这个问题我曾百思不得其解。怀疑光的波动学说的人可能也想到了光的干涉、衍射现象是由引力引起的，只不过他们由于无法解释衍射图案为什么是明暗相间的条纹而最终放弃了光子说，实在是很可惜。后来在我发现了电子质量幻数后，联想到光子也有内部结构，于是所有的问题便迎刃而解了。实际上，光子的干涉、衍射现象正是我们开启认识光子内部结构之门的钥匙。掌握了这把钥匙，打开了这扇门，黑体辐射、光电效应等等都将不再是问题……
上图是光通过一个小孔后的衍射图案（右图）。通常情况下，我们可能认为，如果光子通过窄缝或小孔后的偏移是由引力作用引起的，那么光子通过小孔的衍射图案应该如左图所示，屏幕上的亮区应该是连续的，并且图案的中心部分最亮，越靠近边缘的部分亮度越小。但实际上，光子通过小孔的衍射图案如右图所示：为明暗相间的条纹。这说明我们把光子看得太简单了。我们认为，光的本性是粒子性，但光子本身并不是象牛顿等人想象的那样－－一种匀质的硬性小球。光子作为一种粒子，有其复杂的内部结构，是由比光子更低一级的其它粒子组成的，也许光子的内部复杂程度远远超出了我们的想象。但不管怎么说，我们虽然不知道光子内部的粒子间是如何作用的，但我们知道：自然界中光子的质量是不连续的。黑体辐射理论指出，自然界中质量所有光子的能量均为某个最小能量的整数倍。这说明自然界中能够稳定存在的光子的质量是不连续的。当然，我们不能形而上学地认为质量为某个最小质量的非整数倍的光子就不存在，或许这样的光子是存在的，也许由于它极不稳定，在其形成后的一瞬间就“裂变”形成质量为最小质量的整数倍的、能够稳定存在的光子，所以这样的光子不易被我们发现，至少目前还没有发现（这里我们使用了光子“裂变”这种提法，主要是为了借助原子核结构来更好地理解光子的内部结构）。这里暂且不去讨论质量为某个最小质量的非整数倍的光子存在与否，根据自然界中能够稳定存在的光子质量均为某个最小光子质量的整数倍的事实，我们认为，光子是有其内部结构的，任何光子都是由比其更低一级的粒子组成的。就像原子核是由质子和中子组成的、原子核的质量数只能是整数一样，所有能够稳定存在的光子的质量也是某个最小质量的整数倍。我们说光子有着极其复杂的内部结构，是因为我们目前还不知道光子内部各部分之间是如何作用的，为什么自然界中稳定存在的光子质量必须某个最小光子质量的整数倍这一事实等等，但这并不妨碍我们对光的干涉现象、衍射现象的认识。
（上图是原子核裂变的示意图，我们可以借助它来更好地理解光子与引力子的作用。） 仅仅知道了能够稳定存在的光子的质量是不连续的还不行，要分析光子的干涉、衍射现象就必须考虑光子与引力子的作用。需要指出的是：光子与引力子的作用不是一个简单的碰撞过程，而是一个极为复杂的过程。既然光子也有内部结构，所以其内部各部分间必然存在着凝聚力和排斥力两种作用力。当一个引力子进入光子内部形成一个混合体，必然打破了光子内部各部分的平衡，此时混合体同样也存在凝聚力和排斥力两种作用力。若排斥力占主导地位，则混合体将在极短的时间内“裂变”放出引力子，倘若“裂变”的时间极短，我们也可以认为光子没有与引力子作用；若凝聚力占主导地位，那么混合体将形成一个新的光子。下面我们用一个简单的示意图来表示光子和引力子之间的相互作用情况。
上图中我们用一个绿色的小球代表光子，用红色的小球代表光子内部更低一层的粒子，用黄色小球代表引力子，当光子和引力子相互碰撞以后，它们将形成新的光子，如右图所示。当然，这只是个简单的模型，实际上，光子与引力子的作用比这要复杂得多。 光子和引力子之间的作用与电子和光子间的相互作用类似，但二者又有不同之处。对原子中的电子而言，它和光子的作用主要是和单个光子的作用；而光子和引力作用主要是光子和许多个引力子同时作用，因为光子不能吸收单个的引力子。举个例子来说，设光子的最小质量为1，而引力子的质量为0.0001，根据黑体辐射理论，自然界所有稳定存在的光子质量只能是1的整数倍，那么所有光子的可能质量只能是N（N是自然数），而质量为1.5，2.3，100.6……等非整数的光子则不能稳定存在。所以光子当然不会吸收单个的引力子，比如说质量为10的光子吸收了一个引力子而形成新的质量为10.0001的光子，这样的光子极不稳定，它会立即“裂变”放出引力子；但当该光子同时和10000个引力相互作用时，此时形成的新光子质量为11，这样的光子很稳定，能够稳定存在，所以光子虽然不能吸收单个的引力子，但它可以同时吸收若干个引力子而形成新的、稳定的光子。我们可以借鉴原子核和中子的作用来更好地理解光子与引力子的作用。对于质量数很大的重核而言，由于原子核质量“幻数”的存在，其质量数的变化是不连续的，也即存在所谓的“稳定岛”，这样的原子核可能不会吸收一个中子形成新的稳定的原子核，但是这样的原子核同时吸收十几个或几十个中子后就可能形成新的稳定的原子核。光子与引力子的作用也与此相似。
上图中，我们用绿色小球代表光子，用黄色小球代表引力子，假设光子可以吸收8个引力子而成为稳定存在的新的光子，如右图所示，那么在光子和引力子作用后将形成新的光子。如果在同一瞬间有7个引子子与光子作用，则形成的结果如下图所示：
上图所示，说明如果某一质量的光子可以吸收8个引力子而成为稳定存在的新的光子，那么当它与7个光子作用时，它不能吸收这7个光子，因为光子吸收7个引力子后形成的新的光子是不稳定的，它必将裂变放出这7个引力子。还有一种情况，就是在同一瞬间若有9个引子子与光子作用，则形成的结果如下图所示：
上图所示，说明了光子在某一瞬间同时与9个引力子作用时的情形。因为光子吸收8个引力子就可以形成新的稳定存在的光子，而光子又不能吸收单个引力子形成新的稳定存在的光子，所以在光子同时与9个引力子作用后，最终结果是它吸收8个引力子而放出一个引力子。 我们可以把上述问题推广来看，如果一定质量的光子可能吸收的引力子数目是100个，200个，300个……，那么在某一瞬间同时有99个、101个、150个、210个、290个、305个……引力子与光子作用，其结果如何呢？很显然，在同一瞬间光子与99个引力子作用时，光子不能吸收这99个引力子；在光子与101个引力子作用时，光子将吸收100个引力子而放出一个引力子；在光子与150个引力子作用时，光子也同样将吸收100个引力子而放出50个引力子；在光子与210个、290个引力子作用时，它将吸收200个引力子而分别放出10个、90个引力子；在光子与305个引力子作用时，光子将吸收300个引力子而放出5个引力子。这里我们看到，光子的质量相对于引力子来说是不连续的，这也正象原子核一样，重核的质量是不连续的，比如说铀的同位素有铀235和铀238，而铀236、铀237或者说铀235.4等等是不能稳定存在的。光子的质量变化与此类似。 2、光的衍射现象 通常情况下光总是沿直线传播，但当光线经过足够窄的单缝时将形成明暗相间的衍射条纹。如图。 （一）光子偏离直线传播是由引力因素造成的。因为光子不带电，在电磁场中不偏转，所以光子的衍射现象不是由电磁力作用引起的。就我们目前所知道的四种基本作用力（万有引力、电磁力、强相互作用、弱相互作用）中，只可能是由万有引力作用引起的，也就是说，光子的衍射现象是光子与引力子作用产生的。谈到这里，有的人会提出，倘若衍射现象真的是由引力造成的，那么光子的衍射图案应该是一片连续的亮区，缝越窄亮区的宽度越大，并且越靠近亮区的中间位置越亮，而不应该是明暗相间的条纹（见前面的示意图）。产生这种想法很自然，但这其实是把光子作为一种匀质小球来考虑了，因其对光子的内部结构认识不足，所以其推理结果认为光的衍射图案应该是一片连续的亮区。还有人有这疑惑：万有引力能够造成光子的偏移吗？我们知道，任何两个物体间都存在着相互吸引力，并且引力的大小与两物体质量乘积成正比，与两个物体之间的距离的平方比。通常物体的周围都存在引力场，但由于日常生活中我们接触到的物体的质量往往不是很大，所以我们感觉不到引力场的存在。对光子而言，其质量数量级很小，与原子核相比几乎可以忽略不计，而产生衍射现象的窄缝或小孔的尺寸都足够小，通常都在1mm以下，在这么近距离下，引力场是可以使质量极其微小的光子偏离直线传播的。前面我们仅仅是做了一些假设，首先假设万有引力足够强，足以引起光子偏离直线传播，下面我们就来分析光子的衍射条纹为什么是明暗相间的。
（二）衍射条纹的特点。前面我们对光子结构进行了初步分析，现在我们来定性分析光的衍射现象。我们知道，一束光经过窄缝以后会形成明暗相间的衍射条纹。衍射条纹有如下特点：一是衍射条纹中位于中央的亮纹宽度最大，约为其它亮纹宽度的两倍，并且中央亮纹两侧的条纹是对称分布的。二是衍射条纹的亮度不同。总的来说，中央亮纹的亮度最大，中央亮纹两侧的条纹亮度较小，随着条纹离开中央亮纹距离的增加其亮度迅速减小，并且缝越窄衍射条纹越向两边伸展，其亮度分布也越均匀，缝越宽中央亮纹两侧的条纹亮度越小；当缝足够宽时，中央亮纹两侧的衍射条纹消失，以至于光线经过该缝以后仍沿直线传播。三是不同频率光子的衍射条纹宽度不同，光子能量（质量）越大，其衍射条纹宽度越窄，光子能量（质量）越小，其衍射条纹宽度越宽。比如当一束自然光通过同样的窄缝时，红光的衍射条纹宽度就大于紫光的衍射条纹宽度，也可以说，光子的质量越大其发生的偏移就越小，光子的质量越小其发生的偏移就越大。
（三）光子对引力子的选择性吸收。既然光子的衍射现象是由万有引力产生的，那么实际上光子偏离直线传播就是光子和引力子作用的结果。现假设许多光子经过一个宽度为α的窄缝，绝大多数光子经过窄缝时虽然与许多引力子作用，但大多不会形成新的稳定的光子，这样大部分光子仅以极其微小的发射角投射到屏幕上，形成宽度略大于α的中央亮条纹。由于中央亮纹两侧的条纹是对称分布的，所以我们只需要讨论一半就可以了。在这里我们仅讨论中央亮纹以下的条纹的形成过程。拿中央亮纹以下的第一条亮纹来说，它是光子经过窄缝后向下偏转形成的。既然它是向下偏转的，那么窄缝对光子引力的合力向下的。在宽度为a的窄缝中，满足该条件的区域在哪里呢？很显然，既然引力是由窄缝两边的物质形成的，那么在窄缝的中心引力的合力必然为零，由缝中心到缝的下边缘宽度为0.5a处的引力合力向下，当光子经过这一部分区域后可能向下偏转形成第一条亮纹，也可能形成第二条、第三条……第n条亮纹。为简单起见，现假设经过窄缝的光子均为某一特定频率（质量）的光子，其质量为1000，而引力子的质量为0.0001。在缝的中心处光子受到的引力合力为零而不发生偏转。在缝中心向下的极小位移处经过的光子受到的引力合力是向下的，光子经过该处时可能同时与若干个引力子发生作用，但由于前面的论述我们知道，仅当光子恰好吸收了10000个引力子时它才可能形成新的稳定的光子，此时光子的质量变为10001。而由于它完全吸收了这10000个引力子对其向下的冲量，所以它的运动轨迹就要向下发生较大的偏移，并由此形成第一条亮纹的最上端；在缝中心向下的极小位移处到缝的下底部的区域内，引力合力逐渐增大，同样的道理，经过这一区域的光子都有可能发生偏移，经过缝的下底部的光子若吸收10000个引力子发生偏移，就会形成第一条亮纹的最下端。 这里有一个问题必须交待清楚，那就是光子吸收10000个引力子和光子与9999个引力子作用的结果是完全不同的。当光子吸收10000个引力子时，它与引力子发生的是“完全非弹性碰撞”，此时光子全部吸收引力子向下的冲量；但当光子与9999个引力子作用时，它不可能吸收这9999个引力子，因为这样的光子是不能稳定存在的，所以它们之间发生的不是“完全非弹性碰撞”，所以光子也几乎不吸收光子对它向下的冲量，此时光子几乎不发生偏移。也就是说，只有光子吸收10000个引力子时才会发生较大的偏移，但其与9999个引力子作用时则几乎不发生偏移。那么为什么当光子与引力子作用时其偏移量很小呢？我们认为（基于我们目前倘不清楚的原因），若光子不吸收引力子，则光子与引力子之间的作用力微乎其微，即光子基本不与引力子作用，那么它当然不能吸收引力子的冲量了；反之，若光子吸收引力子，则光子和引力子之间的作用力很大，因为它们完全结合在一起并形成新的光子，显然，此时光子完全吸收了引力冲量，因而此时光子产生的位移也就最大。在这里，量变与质变得到了很好的体现，仅仅因为一个引力子的缘故产生的结果却迥然不同。也正是因为这样，深入理解光子的特性就显得更加困难了。
（四）衍射条纹的亮度变化。同样的道理，经过窄缝中心到窄缝下底部的光子，若吸收20000个引力子，则会发生更大的偏移，形成第二条亮纹。若吸收30000个引力子，就会发生更大的偏移，形成第三条亮纹。第四条、第五条……第n条亮纹也是这样形成的。并且在窄缝中心向下的极小位移处经过的光子，由于其受到的引力合力是向下的，若引力足够强的话经过该处的光子可能偏移形成第二条亮纹，但不可能形成第三条或第四条亮纹，因为此处的引力合力不是很大，也不可能很大。换句话说，从缝中心向向下极小位移处经过的光子只可能对第一条亮纹的形成做出贡献，但对第二条、第三条……亮纹的形成没有贡献。同样由该处再往下的极小位移处经过的光子，可能对第二条亮纹的形成做出贡献，但对第三条、第四条……第n条亮纹的形成没有贡献……。从窄缝下底部经过的光子则可能对第一条、第二条、第三条……第n条亮纹的形成都做出贡献。所以在衍射现象中，一般说来，各条纹的亮度有这样的规律：中央亮纹的亮度>第一条亮纹的亮度>第二条亮纹的亮度>第三条亮纹的亮度>……>第n条亮纹的亮度。而且各条纹的宽度也有类似的规律：中央亮纹的宽度>第一条亮纹的宽度>第二条亮纹的宽度>第三条亮纹的宽度>……>第n条亮纹的宽度。通常情况下，衍射条纹的亮度变化比较明显面衍射条纹的宽度变化不是很明显，所以人们通常认为第二条、第三条……第n条亮纹的宽度是相同的，而中央亮纹的宽度是其它条纹宽度的两倍，从我们的推理可以看出，这个结论是错误的，事实上也的确如此。 （五）不同颜色的光的衍射条纹宽度不同。通常是能量（质量）大的光子的衍射条纹较窄而能量（质量）小的光子的衍射条纹较宽。这种现象是怎样产生的呢？我们知道，能量大的光子质量较大而能量小的光子质量较小，在吸收了相同的引力子后，因为它们都是发生“完全非弹性碰撞”，故受到引力子向下的冲量也相同。在相同的冲量作用下，当然是质量大的光子发生的位移小。设光子甲的质量为M1，设光子乙的质量为M2，假设它们都吸收了10000个引力子，这些引力子的质量为m，则这两种光子获得向下的冲量均为mX（X为引力子的传播速度），此时光子甲的质量变为M1＋m，光子乙的质量变为M2＋m，它们获得向下的速度分别为：
在经过相同的距离后这两种光子的偏移量之比为 （六）衍射条纹的位移情况。我们来看第一条、第二条、第三条……第n条亮纹的位移情况。由前面的假设我们知道，当光子吸收10000个引力子时将偏移形成第一条亮纹，光子吸收20000个引力子时将偏移形成第二条亮纹，光子吸收30000个引力子时将偏移形成第三条亮纹……不同亮纹的位移大小如何呢？先来看同一种质量的光子的位移情况。设光子质量为M，10000个引力子的质量为m，则它吸收10000个引力子时获得的向下的速度分量为
把①式化简后有
考虑到m远小于M，故②式可近似为1∶2∶3。这就是说，在衍射现象中，第一条、第二条、第三条……第n条亮纹的位移量之比近似为： 1∶2∶3∶……∶n
我们再来看不同质量的光子的位移情况。设两种光子的质量分别为M1和M2，假设它们都吸收10000个引力子，则它们获得的向下的速度分量分别为
把①式化简后有：
同样，考虑到m远小于M，故②式可近似为M2∶M1。这就是说，不同质量（能量）的两种光子的位移量与它们的质量成反比，质量越大的光子位移量越大，质量越小的光子位移量越小。这一点与实验事实完全符合。我们知道，通过相同的窄缝后不同的单色光其衍射条纹的宽度不同，如红光的衍射条纹宽度大于紫光的衍射条纹宽度。 （七）衍射条纹的亮度变化。在衍射现象中有一个特点，缝越窄衍射条纹的亮度越向两边分散，缝越宽衍射条纹的亮度越向中央集中，当缝足够宽时光线基本上沿直线传播。那么为什么缝越窄衍射条纹的亮度越向两边分散呢？由前面的分析我们知道，衍射条纹形成的必要条件是引力足够强，而引力遵循平方反比定律，即随着缝宽度的减小引力迅速增大，光子经过区域的引力也随着增强，则在某一瞬间经过该处的光子就有可能与更多数目的引力子相互作用，故光子吸收引力子偏移的可能性也越大。 （八）宏观尺度中的衍射现象。前面我们指出，衍射现象实际上是光子和引力子作用的结果，既然如此，只要有引力场存在，必然就会发生衍射现象。事实上的确如此，不仅在窄缝、小孔这些小尺度空间中会产生衍射现象，就是在大到太阳这类大尺度空间中也常常发生衍射现象。通常情况下，从恒星附近经过的光子都会偏移原来的传播方向而发生弯曲，在相对论中把这种现象解释为恒星周围的空间因为引力的存在而发生了弯曲，在后面的讨论中我们将在驳斥宇宙大爆炸的基础上指出相对论的错误，并且用一种新的观点解释相对论中的质速关系、钟慢效应以及尺缩效应。 3、光的干涉现象 光的波动理论的支持者认为，如果光是一种粒子，那么两束光相遇时它们必然发生碰撞，从而相互影响并改变原来的传播方向，然而事实上我们从来没有观测到以上现象。 4、光电效应
当一束光照射在金属上时，如果光子的能量足够大，那么它就可以把金属原子中的电子电离，形成光电子，人们把这种现象称为光电效应。光的波动说解释不了光电效应。并发现光电子的发射率，与照射到金属表面的光线强度成正比。但是如果用不同波长的光照射金属表面时，照射光的波长增加到一定限度时，既使照射光的强度再强也无法从金属表面释放出电子。这是无法用波动说解释的，因为根据波动说，在光波的照射下，金属中的电子随着光波而振荡，电子振荡的振幅也随着光波振幅的增强而加大，或者说振荡电子的能量与光波的振幅成正比。光越强振幅也越大，只要有足够强的光，就可以使电子的振幅加大到足以摆脱金属原子的束缚而释放出来，因此光电子的释放不应与光的波长有关。但实验结果却违反这种波动说的解释。至于光的波动说为什么解释不了光电效应，所有的教课书中都有详细的解释，这里不再阐述。人们发现，对于同一种金属，只有当入射光的能量大于某一阀值时才会发生光电效应，也就是各种金属都有一定的红限，对于小于该红限能量的光子来说，无论照射时间多长，都不会产生光电效应。这说明电子只能吸收单个的光子，而不会在同一时间内吸收两个或两个以上的光子，换句话说，电子吸收两个或两个以上的光子的机率是非常小的，以致于我们可以认为电子不会吸收两个或两个以上的光子。上图所示是光电效应的伏安曲线。用光子说就解释光电效应是理所当然的，这里也不再阐述。 从光电效应中，我们可以看到电子吸收光子与光子吸收引力子的一个最大的区别在于：电子与光子作用时往往是电子与单个的光子作用，尽管电子也可能在同一瞬间吸收两个光子，但是这种可能性是非常小的，也就是说电子在同一瞬间吸收两个光子的机率非常小，几乎为零；而光子与引力子的作用就完全不同了，可以说，在同一瞬间光子与单个引力子作用的机率非常小，几乎为零。换句话说，在同一瞬间光子总是与多个引力子同时作用。电子吸收光子与光子吸收引力子的第二个区别在于：光子的质量变化较简单，光子的质量总为某个最小质量的整数倍；而电子的质量变化较为复杂，不象光子那样。这也说明了电子和光子这两种粒子有不同的内部结构。 在上面几节的讨论中，我们详细解释了光的衍射现象，并且指出了光子在经过窄缝时受到引力子集中作用时的运动情况，但在通常情况下，光子受到的引力子作用并不集中，如光子在穿越辽阔的宇宙空间时，它往往是受到单个或者不受引力子的作用，此时光子的运动情况如何呢？关于这个问题的讨论超出了本文的范围，我们将在下一篇中有交待。如有兴趣，请看下一篇─星系光谱红移与宇宙大爆炸。 如果本文能够解释光的干涉现象，那么就可以为光子说划上一个圆满的句号了，但目前我对干涉现象的解释还不具体、清楚，于是只好放在下次了。 5、光的传播速度 光以非常高但有限的速度传播的事实，首先由丹麦的天文学家欧尔?克里斯琴森?罗麦于1676年发现。他观察到，木星的月亮不是以等时间间隔从木星背后出来，不像如果月亮以不变速度绕木星运动时人们所预料的那样。当地球和木星都绕着太阳公转时，它们之间的距离在变化着。罗麦注意到我们离木星越远则木星的月食出现得越晚。他的论点是，因为当我们离开更远时，光从木星月亮那儿要花更长的时间才能达到我们这儿。然而，他测量到的木星到地球的距离变化不是非常准确，所以他的光速的数值为每秒140000英哩，而现在的值为每秒186000英哩（即每秒30万公里近似值）。 1865年，英国物理学家麦克斯韦指出无线电波或光波应以某一固定的速度运动。但是牛顿理论已经摆脱了绝对静止的观念，所以如果假定光是以固定的速度传播，人们必须说清这固定的速度是相对于何物来测量的。这样人们提出，甚至在“真空”中也存在着一种无所不在的称为“以太”的物体。正如声波在空气中一样，既然光波通过这以太传播，所以光速应是相对于以太而言。相对于以太运动的不同观察者，应看到光以不同的速度冲他们而来，但是光对以太的速度是不变的。特别是当地球穿过以太绕太阳公转时，在地球通过以太运动的方向测量的光速（当我们对光源运动时）应该大于在与运动垂直方向测量的光速（当我们不对光源运动时）。1887年，阿尔贝特?麦克尔逊和爱德华?莫雷在克里夫兰的卡思应用科学学校进行了非常仔细的实验。迈克尔逊－莫雷实验的用意在于探测光以太对于地球的漂移速度。他们将在地球运动方向以及垂直于此方向的光速进行比较，使他们大为惊奇的是，他们发现这两个光速完全一样！在人们当时的观念里，以太代表了一个绝对静止的参考系，而地球穿过以太在空间中运动，就相当于一艘船在高速行驶，迎面会吹来强烈的“以太风”。他们动用了最新的干涉仪，为了提高系统的灵敏度和稳定性，他们甚至多方筹措弄来了一块大石板，把它放在一个水银槽上，这样就把干扰的因素降到了最低。然而实验结果却让他们震惊和失望无比：两束光线根本就没有表现出任何的时间差。以太似乎对穿越于其中的光线毫无影响。迈克尔逊和莫雷不甘心地一连观测了四天，本来甚至想连续观测一年以确定地球绕太阳运行四季对以太风造成的差别，但因为这个否定的结果是如此清晰而不容质疑，这个计划也被无奈地取消了。 我们认为，光在同一种媒质中的传播速度不是恒定的而是逐渐减小的，这是由光的粒子本性决定的。至于为什么我们没有观测到这一点，还有待于继续探讨。 6、光的衍射与星系光谱红移 在光的衍射现象中，我们发现，在同一引力场中不同质量的光子发生的偏移量不同，在相同的引力作用下，总是质量小的光子产生的位移大而质量大的光子产生的位移小。这一点在光的衍射现象中表现的非常明显：当一束自然光通过一个足够窄的窄缝时，中央亮纹两边出现的依次出现的是紫色光、靛色光、蓝色光、绿色光、黄色光、橙色光和红色光，也就是说，紫光的偏移量最小而红光的偏移量最大，即质量大的光子偏移量小而质量小的光子偏移量大。
从星体发出的光克服星体引力离开星体时必然是质量大的光子（如紫光）的速度衰减量小而质量小的光子（如红光）速度衰减量大，事实上这也是造成星体光谱红移的主要原因。
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