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揭开波粒二象性之谜

2015-01-03  物理网文
文思奇《揭开波粒二象性之谜》 ◇◇树芽网(s.zhouzan.com)(s.wkepu.cn 树芽网)(树芽网欢迎您)(www.shuya1.com)◇◇ 揭开波粒二象性之谜 *文思奇* 光的波动说与微粒说之争从十七世纪初开始,到十九世纪末以波动说的全面胜利而结束。然而,就在德国物理学家赫兹于1887年用实验证实了电磁波存在的同时,又意外的发现了金属的光电效应。人们在光电效应的实验中发现:对于某些金属,即使一束很微弱的蓝光照射也能产生出电流,但无论多么强大的红光照射也不会有电流出现。原因在于:各种金属都有一个自己特定的极限频率,只有当入射光频率大于该金属的极限频率时,才会有电子逸出。逸出电子的初动能与入射光强度无关,而只随着入射光的频率增高而增大。这些现象都是经典波动理论所无法解释的。 为解释光电效应,爱因斯坦在1905年提出了“光子说”。他认为光是由一个一个携带着特定份额能量的“光子”组成,每个“光子”所具有的能量跟它的频率成正比,即E=hν。由于光子具有的能量呈量子化,所以电子接受到的光能就只能是一份一份分立的能量数额。一个特定的电子要逸出原子是需要某一最小能量值(逸出功)的,因此,只有所具有能量份额不小于电子逸出功(W)——即达到一定频率之上的“光子”,才有能力将电子击出。而被“光子”击出的光电子的最大初动能E=hν-W ,与入射光频率成一次函数关系。 虽然爱因斯坦的“光子说”能够对光电效应的产生与入射光频率之间的关系作出似乎圆满的解释,但是“光子说”并不能清楚的说明,为什么“光子”与电子只能一对一的发生相互作用。因为从理论上来讲,即使“光子”的能量是量子化的,但如果多个红光(频率较低)的“光子”同时撞击一个电子时,也会使电子获得的能量超出其逸出功而成为光电子。因此,“光子说”要想彻底的解释光电效应,就必须要对“光子”与电子之间只能一对一的发生相互碰撞做出合乎逻辑的说明。 另外,“光子说”也不能确切的告诉我们:光究竟是一种什么样的波动,或是一种什么样的“粒子”。迄今为止,主流物理学家只能含糊的告诉我们:光同时具有“波粒二象性”。但是,既具有波动性又具有“粒子性”的物质形态是令人无法想象的;这种“波粒二象性”只能作为一种概念而存在于物理学家们的头脑之中,在现实世界中我们是无法找到的。因此,所谓的“波粒二象性”并不是一个统一、自洽、圆满的理论解释,而是一个模棱两可、无可奈何的理论解释:即在遇到光的波动现象时,就采用光的波动理论来加以解释;在遇到光电效应和黑体辐射等现象时,就采用光量子说加以解释。 事实上,光就其本质来说就是一种波,亦即在以太介质中传播的一种振动。光的干涉、衍射、偏振、多普勒效应等等实验现象,都已经充分的证明了光的波动性。那么,为什么在光电效应中,光又明显的表现出“粒子”性呢? 问题的关键在于:传播光波的介质“以太”并非像人们所“默认”的那样是连续的物质;就如同传播声波的介质“空气”是由许多微小的气体分子构成的那样,传播光波的介质“以太”也是由无数个极其微小的以太粒子构成的。所谓光波,就是在以太粒子的“海洋”中传播的以太粒子的振动。 既然以太粒子在振动,那么以太粒子就自然具有一定的能量;其能量的大小是由以太粒子的质量和振动的频率这两个因素共同决定的。由于所有以太粒子的质量大小都是一样的,所以,一个以太粒子所具有的能量数额的大小就取决于这个以太粒子振动频率的高低,即E= hν。而普朗克常数h中的“6.626×10^-34 J”这一能量数额,实际上就是一个振动着(每秒振动一次)的以太粒子所具有的最基本的能量份额。 由于以一定频率振动着的那些以太粒子都具有固定份额的能量,所以当光波与各种物体(无论是宏观物体还是微观粒子)发生相互作用时,其通过以太粒子所传递的能量自然就是分立的。但是,在光波与宏观物体发生相互作用时,由于一个以太粒子所具有的能量份额相对于光波与宏观物体之间所传递的总体能量数额来说实在是太微小了,所以,我们在研究光波与宏观物体之间的相互作用时,对以“6.626×10^-34 J”为能量传递基本单位而发生的能量增加或减少的不连续的过程,就粗略的视为是“连续”的能量传递过程。而这样做,在实验的精度内并不会影响我们得出正确的研究结论。 然而,当我们对光波与电子这样大小的微观粒子之间的相互作用进行更为精细的研究时,情况就完全不同了。因为这时我们考察的不是成万上亿个以太粒子与一个宏观物体之间的相互作用,而是单个以太粒子与单个电子之间发生的相互作用。一个以太粒子所具有的能量份额对宏观物体的影响是微乎其微的,甚至可以忽略不计,但对于一个和以太粒子属于同等级别的微观粒子——电子来说,单个以太粒子所具有的能量份额对于电子运动状态的影响就可能是决定性的。 根据光电效应的实验现象可以推断:电子的尺度应该和以太粒子大小相当(等于或略小于以太粒子),质量应该和以太粒子基本相同,而且各个以太粒子之间的空间距离要大于电子的直径。这两个前提就决定了一个电子每次至多只能接受一个以太粒子的撞击而完全的获得以太粒子所具有的那份能量。因此,要想使一个电子从原子中逸出,与这个电子发生撞击的那个以太粒子所具有的能量就不能小于电子的逸出功,亦即这个以太粒子的振动频率必须达到一定数值之上。 由此可见,当和电子这样小的微观粒子发生相互作用时,光波能量传递的“分立”性质就会凸显出来。从宏观研究的角度被粗略的视为是“连续”的能量传递过程,在微观世界中就表现为能够明显改变微观粒子运动状态的分立的能量传递过程。 总结:光是以“以太波”的形式而不是以“粒子”的形式穿越空间的。以太并非像人们一般所认为的那样是连续的物质,而是由无数个极其微小的分立的以太粒子构成;所谓光波就是在以太介质中传播的构成以太介质的基本单元——以太粒子的振动。 (转自大科技论坛) No SHUYAW000082 ◇◇树芽网(s.zhouzan.com)(s.wkepu.cn 树芽网)(树芽网欢迎您)(www.shuya1.com)◇◇

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