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摘要 由于量子理论的很多假设和结论无法让人理解，因此，本文试图用传统的经典理论+以太的方法对各种物理现象进行解释。 关键词：以太，量子，黑体辐射，原子光谱。 1. 引言 本文中的以太论是指与以太有关的传统经典物理学。在19世纪末期，绝大多数物理学家都承认以太的存在，那时的物理学基本是以以太为主轴展开研究，可以说以太是奠定光学、电磁学（麦克斯韦方程组、高斯定律）和量子力学（洛仑兹变换、真空零点能等）的基石。在19世纪结束之前，所有的物理似乎都可以简化为以太的物理。本文中有关以太的论述都在传统经典物理学的框架之内，信奉“自然界无跳跃”理论（也称为连续性原理）。 量子论的主要观点是：世界的本质是量子化的，除能量外，时间、空间、电荷、磁矩等都是量子化的，波和粒子没有明确的界限，粒子既不是纯粹的粒子也不是纯粹的波，而是一种波粒二象性的实体。 以太论与量子论的焦点实质上是波与粒的争论，什么是量子力学？人们的印象就是标准模型中的各种稀奇古怪的粒子，量子力学家们也自称为粒子学家。但是，这个粒子说连最基本的电磁波都无法解释。 2. 基本概念的比较 2.1. 真空 以太论认为，真空中含有实物粒子，主要包括以太粒子和正负电子对（由电子和正电子组成的粒子），其中以太粒子的质量为6.97x10-40kg，在地球附近，以太气体（由以太粒子组成的气体）的密度为1.26x10-6kg/m3，温度为2.73 K，压强为6.78x1010Pa。正负电子对的质量为1.82x10-30kg，数密度估计为3x108 个/m3。如果把以太比作空气中的氮和氧，正负电子对相当于空气中的尘埃。
图1.量子论的真空（图片来源于网络） 量子论认为，真空中没有实物粒子，是一片不停波动的能量之海。当能量达到波峰时，能量转化为一对对正负电子，当能量达到波谷时，一对对正负电子又相互湮灭，转化为能量，如图1所示。 2.2. 自旋 以太论认为，粒子没有自旋，粒子的磁矩是由粒子的运动产生的，例如，电子的磁矩是由电子的轨道运动产生的，一个单独存在的电子是没有磁矩的。 量子论认为，自旋是粒子的固有性质，而且是量子化的。 2.3. 能量 以太论认为，能量是表征物理系统做功本领的量度，包括动能和势能。能量不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式，而能的总量保持不变，能量是标量，没有方向。能量不能脱离物质而存在，动能指物体运动所具有的能量，势能是由于物体受力而具有的潜能。 量子论认为，所有的物质都是能量，量子力学的诞生就是以能量的量子化为代表的，每一个基本粒子都具有波动性，有自己的波长λ和频率ν。而粒子能量的定义就是普朗克常数与频率的积，即E= hν。 2.4. 力 物理学中的力是指物体对物体的作用，力不能脱离物体而单独存在。 以太论认为，自然界中的力只有一种——属性力，也就是说，力的产生来自物质本身的属性，是与生俱有的，不需要传递（超距作用）。例如，引力是物质质量的属性，电磁力是带电粒子的属性，不存在强核力（因为夸克不存在）和弱核力（因为传播子也不存在）。力的传播没有速度的限制。 量子论认为，力可分为强核力、弱核力、电磁力、万有引力共四种，每种力都存在固定的传播子，而且都具有一定的传播速度。 2.5. 场 在以太论中，场的定义是：粒子发生作用的空间，每一种粒子都有自己相应的场，场是粒子的固有属性，依赖于粒子而存在。 在量子场论中，认为所有粒子都是各种各样的场，场比粒子更基本，真空是场的能量最低的基态，而粒子是场的能量的激发态。粒子的波函数是弥漫在时空中的场，玻色场满足对易关系，而费米场满足反对易关系。 2.6. 波 在以太论中，波是指介质的波动。波是连续的，可以通过波动方程描述。波与粒子是两个完全不同的概念，二者具有本质的区别。 在量子力学中，波可以没有介质，而且波是离散的，波可以被视为物质粒子的概率幅。粒子和波之间没有明显的界限，粒子不仅可以被视为点状的，还可以被视为具有波动性质的实体。 3. 关于粒子的比较 3.1. 基本粒子 基本粒子是指人们所认知的构成物质的最小最基本的单位，即在不改变物质属性的前提下的最小体积物质。 以太论认为，粒子是一种实体，具有空间独占性，自然界中的基本粒子只有三种，分别是以太粒子、电子、正电子，其他任何粒子都是这三种基本粒子的组合。质量是粒子的固有属性，自然界中不存在没有质量的粒子，基本粒子应该能够稳定地存在（不会衰变）。 量子论认为，粒子是坍缩的波函数。基本粒子共有62种，分为夸克、轻子和传播子三大类，所有规范粒子的质量为零，粒子通过希格斯场获得质量，所有的基本粒子都是共振态。 A. 夸克 以太论认为，夸克并不存在，我们也从来没有观察到它的存在。 量子论认为，夸克共有36种，有三代六类、三味及正反，而且夸克之间可以相互转变。 B. 光子 以太论认为，光子也不存在，光子与声子一样，都是人们假想的粒子，而且所有的传播子都不存在。 量子论认为，光子是传递电磁相互作用的基本粒子，是一种规范玻色子。 C. 中微子 以太论认为，中微子不是粒子，是以太中的孤子波，与伽马射线具有相似的性质，中微子的振荡是由于波的干涉或叠加引起的。 量子论认为，中微子是基本粒子，共有三代六种。 3.2. 质子 以太论认为，质子和反质子的结构如图2所示，它们都是由正负电子及以太粒子组成的。
图2.以太论中的质子和反质子结构 量子论中的质子结构要复杂得多，图3是量子论中的质子模型。
图3.量子论中的质子结构 3.3. 中子 以太论认为，中子是由质子与电子组成的，这也是中子的发现者、英国物理学家查德威克的观点。中子应该是压缩的氢原子，与普通的氢原子不同的是：核外的电子轨道非常接近原子核，中子与氢原子的比如表1所示。 表1.中子与氢原子的比较
量子论认为，中子是由夸克组成的，中子不可能由质子和电子组成，因为体系的质量一定小于组成这个体系的个体的质量和，例如，所有的原子核都小于质子与中子的质量和，但氢原子的质量并不小于质子与电子的质量和，甚至还要大于二者的质量和。 3.4. 原子核 以太论认为，原子核是由质子与电子组成的，原子核内没有中子，例如，氦3和氦4的结构如图3所示，电子在原子核内是相对静止的。
图3. 以太论中原子核的结构 量子论认为，原子是由质子和中子组成的，是通过强核力结合在一起的，原子核内不可能存在电子，因为不符合测不准原理。但测不准原理一定正确吗？它一定适用于原子核吗？ 4. 物理现象解释的比较 20世纪初，经典物理学在解释一些现象时出现了困难，其中表现最为明显和突出的是以下四个问题：黑体辐射问题、光电效应问题、原子稳定性和原子光谱。量子概念就是在对这四个问题进行理论解释时作为一种假设而提出的。 4.1. 黑体辐射问题 黑体辐射问题之所以存在，是因为普朗克猜出黑体辐射的公式 A. 从现代的观点看，黑体辐射不应该成为问题 首先，光是由原子的振动产生的，这就是为什么需要将物体中的原子看作微小谐振子的原因，与传统的观点并不冲突。 其次，微观粒子的振动与宏观物体有明显的区别：第一，微观粒子是自主振动，不需要外力，而宏观物体的振动必须有外力的存在；第二，微观粒子的振动方向是随机的，而宏观物体的振动方向与外力的方向有关；第三，微观粒子的振动规律符合 再次，正是微观粒子与宏观物体具有不同的性质，才会出现谐振子的能量不是连续的问题，其原因是微观粒子振动方向的随机性，与传统观点也不矛盾。 最后，以太气体具有温度，是具有能量的，以太对微观粒子的影响在物体的温度较低时是不能忽略的。 普朗克也认为：能量是波，只要把连续辐射修改为非连续辐射，经典电磁理论的紫外灾变难题就解决了，也就是说，经典物理学稍作修改就可以用波动说解决这个紫外灾变问题。 B. 紫外灾难是个伪命题 紫外灾变这一名称是埃伦费斯特于1911年提出的，实际上，紫外灾变并不存在，原因为：瑞利和金斯假设在频率间隔v～v+dv内本征振动的个数为 C. 维恩公式与普朗克公式的比较 维恩公式与普朗克公式并没有本质的区别，在高频率区域，二者的数值几乎是相同的，只是在低频区域维恩公式所给出的数据比固体黑体的实验数据小，但维恩公式并不一定是错误的，只是适用的对象不同，如果换成气体进行实验，结果就很难说了。 本文作如下猜测：维恩公式适用于气体，而普朗克公式适用于固体。为什么要有这种猜测呢？其原因有二：一是真空具有能量，也就是说，以太粒子具有动能，当物体处于低温状态时，这种能量是不能忽略的；二是微观粒子振动幅度的平方与振动频率成反比，当物体的温度较低时，由于原子间的距离变小，其振动幅度受到一定的限制，从而迫使原子的振动频率有所提高，但这种限制只真对固体，气体不存在这个问题。 如果该猜测能够得到实验的证明，说明经典理论完全能够解释黑体辐射，而且维恩公式就是在经典理论的框架下得到的。对于太阳的光谱，如果运用维恩公式进行拟合，可能比运用普朗克公式更具说服力。 总之，量子假说与物理学界几百年来所信奉的“自然界无跳跃”理论直接矛盾，因此量子理论出现后，许多物理学家不予接受。普朗克本人也十分动摇，后悔当初的大胆举动，甚至放弃了量子论，继续用能量的连续变化来解决辐射的问题。 4.2. 光电效应问题 光不可能既是波又是粒子，只能是其中的一种，微粒说与波动说不可能真正融合，波粒二象性只是否定以太后的无奈之举。光电效应能够证明光是粒子吗？爱因斯坦对光电效应的解释虽然获得了诺贝尔奖，但却是不完整的，因为他没有说明光子是什么，而且爱因斯坦的解释并不是粒子说的解释，本质上仍然是波动说的解释，是基于波动力学的波长和频率，只是将电磁波由连续的辐射改为非连续的辐射。 如果说光是粒子，超声波也是粒子，因为超声波能够切割、清洗、打孔、焊接、手术等，将高能超声波聚焦，能量足以震碎石块，波具有粒子性，是因为介质是由粒子组成的。光电效应可以用超声波清洗的原理作类比：超声波在介质的传播过程中，存在一个正负压强的交变周期，在正压时，超声波对介质分子挤压，使介质的密度增大，在负压时，介质的密度减小。当超声波的频率达到一定值时，介质粒子的振动会超过介质的临界距离，从而形成微泡。这些微泡迅速胀大和闭合，会使微粒之间发生猛烈的撞击作用，这种由超声波作用在介质中所引起的效应称为空化作用。超声波清洗就是利用空泡溃灭产生的冲击波，象一连串小“爆炸”不断地冲击物件表面，使物件的表面的污垢迅速剥落，从而达到物件表面净化的目的。光电效应中，光波的作用相当于超声波，电子相当于物件表面的污垢，这样的类比可能不一定恰当，但说明了光电效应并不能证明光是粒子。光电效应中被激发出的电子的运动方向，用爱因斯坦的理论并不能完美地解释，而用超声波清洗原理却能得到很好的解释，电子是被“振”出来的，而不是被“撞”出来的，光与超声波的性质是一样的。 如果承认以太的存在，波具有粒子性是必然的，可以说，光具有粒子性，但光不是粒子，没有人知道光子是什么，包括光子的提出者，因为光子同声子一样，并不是真正的粒子。 现代科技已经证明：微观粒子运动的同时也会产生振动。根据德布罗意公式： 玻恩认为：物质波与经典的机械波不一样，它是几率波，但德布罗意、薛定谔和爱因斯坦都不同意玻恩的观点，直到今天，物理学家们还在争论波函数的物理意义。如果承认以太的存在，物质波就是微观粒子在以太中的共振，其共振频率为 因此，物质波可以定义为：粒子在以太中运动时，与以太流体相互作用所产生的横向波动，其波动频率为 4.3. 原子稳定性问题 关于原子的稳定性，量子力学的教材中都有一个相同的描述：经典物理学不能解释原子的稳定性问题，因为电子围绕原子核旋转的运动是加速运动，按照经典电动力学，电子将不断辐射能量而减速，轨道半径会不断缩小，最后将掉到原子核上去，原子随之塌缩。那么，量子论是如何解释原子稳定性这一问题的呢？ 玻尔提出了著名的氢原子模型，他引入了原子的定态假设：电子只能在一些特定的轨道上运动，无法在其他地方稳定存在。 海森堡说：原子中的电子，并不在一个个独立的轨道上运动，而是像鬼影一样到处移动，换句话说，电子的位置是不确定的，任何时刻都会同时出现在很多地方。只有当我们去看的时候，才能知道电子具体出现在哪里；如果不去看，电子就会同时待在很多地方。他抛弃了轨道的概念，让电子可以到处乱转，并同时出现在多个地方，那原子结构就会变得稳定。 泡利引入了不相容原理，大意是：一个氢原子核周围只能有一个电子，另外一个电子根本进不去。这样一来，两个原子势必要保持一定的距离，而不会碰撞到一起。 以上这三个人都是量子论的大师，但是，原子稳定性的问题看似解决了，但又引出了更多的问题。玻尔无法说明电子为什么只能在一些特定的轨道上运动？如果不知道电子以什么机制约束在原子之中，那么惯性粒子可以在原子核的任意轨道高度运动，没有任何力量可以约束电子必须选择特定轨道，完全是主观强制性的假定，这是固有的逻辑缺陷。海森堡也无法说明的是：如果电子位置是不确定的，为什么原子的电离能是确定的？兰姆位移为什么测量得那么的精确，电子的磁矩为什么测量得如此准确？泡利的不相容原理也只是一假设，但并没有说明为什么。可见，量子论给出的解释并不能令人信服。 本文认为：原子稳定的原因是因为共振。共振不仅在物理学上运用频率非常高，而且，共振现象也可以说是一种宇宙间最普遍和最频繁的自然现象之一，所以在某种程度上甚至可以这么说，是共振产生了宇宙和世间万物，没有共振就没有世界（摘自百度百科）。 原子是如何共振的呢？电子绕核运动已得到公认，但电子如何运动存在一定的分歧。在上一小节中，我们已经讨论了电子的共振，如果电子绕核作圆周运动的频率与电子运动时的共振频率相等，就称为原子的共振，根据 一般来说，一个系统（不管是力学的、热学的还是电子的）有多个共振频率，在这些频率上振动比较容易，在其它频率上振动比较困难。假如引起振动的频率比较复杂的话，一个系统一般会挑出其共振频率并随此频率振动，事实上一个系统会将其它频率过滤掉（摘自百度百科），这才是原子稳定的真正原因。电子的运动是在以太气体之中，为什么以太不阻碍电子的运动呢？本文认为，以太并不是不阻碍电子的运动，而是以太中具有能量，因为共振，原子也可以从以太中获取能量，电子运动时所耗散的能量与吸收的能量相等。当电子的运动受到外力的干扰时，电子会暂时离开共振轨道，但会很快回来。电子也完全有可能与原子核碰撞，但会被弹射回来，继续在共振动轨道上运动。 4.4. 原子的光谱问题 关于原子的光谱，量子力学的教材中都有一个相同的描述：按经典电磁理论，电子绕核转动具有加速度，加速运动着的电子要向周围空间辐射电磁波，电磁波频率等于电子绕核旋转的频率，随着不断地向外辐射能量，原子系统的能量逐渐减少，电子运动的轨道半径也越来越小，绕核旋转的频率连续增大，电子辐射的电磁波频率也在连续地变化，因而所呈现的光谱应为连续光谱。 A. 核外电子运动的原则 电子在核外的运动完全不是量子力学教科书中所描述的那样，电子绕核转动时，虽然具有加速度，但由于加速度的方向与运动的方向垂直，电子并不产生振动，也不会产生光。当原子处于基态时，电子在核外的运动所遵循的原则是： 1. 轨道共振原则 共振是十分普遍的自然现象，几乎在物理学的各个分支学科的各个领域中都可以观察到，电子也不例外。电子的轨道是离散化的，其原因正是轨道的共振，只要电子绕核运行，电子必然会选择一个共振轨道或准共振轨道（共振频率是轨道频率的2倍）。任何原子的最内层电子的轨道角动量都等于ħ，其它任何轨道的角动量都等于2ħ； 2. 能量最低原则 在不违背轨道共振原则的前提下，电子尽可能先占据能量较低的轨道，使原子体系的总能量最低。它包含两个方面的内容： 第一，每个电子占据一个轨道，其轨道总是处于其它电子屏蔽最小的空间； 第二，电子轨道的分布方式总是使整个原子的能量最低。 3. 电子的离心力与核的引力相等。 B. 原子的光谱 首先，必须说明光是什么？以太论认为，与声音一样，光是以太中的波，是粒子振动产生的，与粒子是否带电无关。 原子的发光是由于核外电子的椭圆运动产生的，属于轫致发光，是骤然改变物体的速度方向而产生的。电子在近核点的加速度最大，速度最高，发光也最强，发光方向为电子运动的切线方向。电子在不同的轨道上运动所发出的光的频率不同，但在基态或线系限轨道（指圆形轨道）上运动时不发光。电子每电离一次，在复合的过程中，都会发出一系列的光。电子椭圆运动时所发出的光是脉冲形式的（主要集中在近核区发光），但周期性的脉冲就是连续的光波，光的频率就是电子的轨道频率。只要电子在椭圆轨道上运动，原子就能发光，其发光强度与电子的急动度成正比。 当电子受到外界的扰动时，电子将会脱离基态时的圆形轨道进入椭圆轨道，其轨道的状态与外界的扰动有关，但由于共振的原因，电子会在特定的轨道停留的时间较长，这种轨道的特点是：其轨道的周期与基态轨道的周期成整数比的关系。氢原子的轨道参数与光谱的关系如表2所示。 表2.氢原子的轨道参数与光谱的关系
再看量子论是如何解释原子光谱的。量子论认为，电子存在能级，光子是电子在不同的能级之间跃迁时产生的。但是，量子论连电子的轨道都不承认，电子的能级在哪里？光子又是如何产生的？ 5. 结论 量子理论对客观世界的解释已经超出了人们的理解能力，因此，爱因斯坦说：“如果量子力学是正确的，那么这个世界就有点疯狂。”波尔也曾说：“谁要不为量子力学理论感到惊讶，那是因为他还不了解这个理论。”费曼先生更是说：“我想我可以非常有把握地说，没有人能够真正理解量子力学。”但是，大多数科学家愿意接受量子力学，因为它和实验符合得很完美。为什么理论与实验数据相符合呢？因为它有19个自由参数，而且是由实验确定的。费米说过:“如果给我四个自由参数，我可以把任何实验数据拟合成一头大象，如果给我第五个自由参数，我可以让大象的鼻子来回摆动。”量子论始终无法逻辑自洽地描述光、电和亚原子粒子的波动现象，其解释总是用抽象来描述客观现象，这种脱离客观逻辑的思想使科学偏离了客观的轨道。 经典理论暂时不能解释的物理现象，是因为人们暂时还没有掌握事物运动的规律，即使是科学高度发展的今天，仍然有很多的自然现象是无法解释的，传统的经典理论并没有过时，以太论同样可以解释黑体辐射、光电效应和原子光谱等问题。 |
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