作者：陶東海
日期：2021.10
主題：光不是波
內容：光的粒子性波動性五大實驗，光的衍射干涉實驗證明不了光的波動性，波粒二象性帶偏了量子力學，電磁波與光有本質上的區別。
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《光是粒子不是波》
光是粒子，還是波？實驗結果最能說明問題。
①實驗一。1704年，牛頓著成《光學》，系統闡述他在光學方面的研究成果，其中他詳述了光的粒子理論。他認為光是由非常微小的微粒組成的，而普通物質是由較粗微粒組成。牛頓的直覺，光能產生影子。
②實驗二。赫茲於1887年發現光電效應，愛因斯坦第一個成功的解釋了光電效應（金屬表面在光輻照作用下發射電子的效應，發射出來的電子叫做光電子）。光頻率大於某一臨界值時方能發射電子，即截止頻率，對應的光的頻率叫做極限頻率。臨界值取決於金屬材料，而發射電子的能量取決於光的波長而與光強度無關，這一點無法用光的波動性解釋。還有一點與光的波動性相矛盾，即光電效應的瞬時性，按波動性理論，如果入射光較弱，照射的時間要長一些，金屬中的電子才能積累到足夠的能量，飛出金屬表面。可事實是，只要光的頻率高於金屬的極限頻率，光的亮度無論強弱，電子的產生都幾乎是瞬時的，不超過十的負九次方秒。正確的解釋是光必定是由與波長有關的嚴格規定的能量單位(即光子或光量子)所組成。
③實驗三。1923年，美國物理學家康普頓在研究x射線透過實物物質發生散射的實驗時，發現了一個新的現象，即散射光中除了有原波長λ0的χ光外，還產生了波長λ>λ0的χ光，其波長的增量隨散射角的不同而變化。這種現象稱為康普頓效應(Compton Effect)。用經典電磁理論來解釋康普頓效應時遇到了困難，康普頓藉助於愛因斯坦的光子理論，從光子與電子碰撞的角度對此實驗現象進行了圓滿地解釋。我國物理學家吳有訓也曾對康普頓散射實驗作出了傑出的貢獻。
④實驗四。1678年，惠更斯完成著作《光論》（《Traitė de la Lumiere》）。1690年這本書公開發行。在這本書中他提出“惠更斯原理”：波前的每一點可以認為是產生球面次波的點波源，而以後任何時刻的波前則可看作是這些次波的包絡。藉著這原理，他可以給出波的直線傳播與球面傳播的定性解釋，並且推匯出反射定律與折射定律；菲涅耳在惠更斯原理的基礎上假設這些次波會彼此發生干涉，因此惠更斯－菲涅耳原理是惠更斯原理與干涉原理的結晶。用這種觀點來描述波的傳播，可以解釋波的衍射現象。特別地，惠更斯－菲涅耳原理是建立衍射理論的基礎，並指出了衍射的實質是所有次波彼此相互干涉的結果。1818年，菲涅耳將他的論文提交給法蘭西學術院的評委會。評委會的會員西莫恩•泊松閱讀完畢後認為，假若菲涅耳的理論成立，則將光波照射於一小塊圓形擋板，其形成的陰影的中央必會有一個亮斑，因此，他推斷這理論不正確。但是，評委會的另一位會員，弗朗索瓦•阿拉戈親自動手做這實驗，獲得的結果與預測相符合，證實菲涅耳原理正確無誤。
⑤實驗五。托馬斯•楊（Thomas Young，1773年-1829年 ）英國醫生、物理學家，光的波動說的奠基人之一。1801年他進行了著名的楊氏雙縫實驗，發現了光的干涉性質，證明光以波動形式存在，而不是牛頓所想象的光顆粒（Corpuscles），該實驗被評為“物理最美實驗”之一。
⑥光波認知後產生的後果。
路易•德布羅意於1924年進一步提出的德布羅意假說表明，每一種微觀粒子都具有波動性與粒子性，這性質稱為波粒二象性。德布羅意物質波在物理學上被確認。
奧地利物理學家埃爾溫•薛定諤於1926年發表他的薛定諤方程（Schrödinger equation），又稱薛定諤波動方程（Schrodinger wave equation），是量子力學中的一個基本方程，也是量子力學的一個基本假定。它是將物質波的概念和波動方程相結合建立的二階偏微分方程，可描述微觀粒子的運動，每個微觀系統都有一個相應的薛定諤方程式，透過解方程可得到波函式的具體形式以及對應的能量，從而瞭解微觀系統的性質。薛定諤方程表明量子力學中，粒子以機率的方式出現，具有不確定性，宏觀尺度下失效可忽略不計。
薛定諤於1935年提出的有關貓生死疊加的著名思想實驗，是把微觀領域的量子行為擴充套件到宏觀世界的推演。這裡必須要認識量子行為的一個現象——觀測。量子理論認為，如果沒有揭開蓋子，進行觀察，我們永遠也不知道貓是死是活，它將永遠處於既死又活的疊加態，可這使微觀不確定原理變成了宏觀不確定原理，客觀規律不以人的意志為轉移，貓既活又死違背了邏輯思維。薛定諤挖苦說，按照量子力學的解釋，容器中的貓處於“死－活疊加態”——既死了又活著！要等到開啟容器看貓一眼才決定其生死。（請注意！不是發現而是決定，僅僅看一眼就足以致命！）
1957年，休•埃弗萊特提出的“多世界詮釋”。原子衰變了，貓死了；原子沒有衰變，貓還活著。這兩個世界將完全相互獨立地演變下去，就像兩個平行的世界一樣。
對一粒光子研究出波粒二象性，發展到所有物質都是波，到非粒非波的疊加態，再到意識參與的測量時波函式坍縮，再到多世界多宇宙論。物質的客觀實在性已面目全非。人的觀測使波函式坍縮，大猩猩的觀測波函式坍不坍縮？看一眼月球波函式坍縮而存在，不看時疊加，月球要時刻準備著為地球上70多億人和無數動物隨時的觀測而坍縮與不坍縮，其坍縮與不坍縮變化之快要超光速才行。問題的根源，是光的波粒二象性。
還原光的粒子性，這些無無比玄幻的猜想自然終結。光，是粒子，不是波。弗朗索瓦•阿拉戈的光衍射、托馬斯•楊光的雙縫干涉和惠更斯光的球面波傳播原理，都說明不了光的波動性。我在《引力》一文中，用光的粒子性清楚地說明了光能走出衍射、干涉的效果。阿拉戈的光衍射和托馬斯•楊光的雙縫干涉，是用光子的粒子性，驗證了光的“波動”性。一個小夥子跳出妖嬈的姑娘舞，就斷定這小夥是姑娘身？惠更斯在他的《光學》一書中，提出球面波傳播原理：波前的每一點可以認為是產生球面次波的點波源，而以後任何時刻的波前則可看作是這些次波的包絡。這一原理沒錯，但不適合用在光身上，光不是這樣傳播的。若光是球面波方式傳播，那麼所有的光都無法聚焦，鐳射無法形成。所有的星星因光發散而不可見，太陽也只是個沒有輪廓的模糊光斑，我們的世界將沒有光束、光線現象存在。惠更斯研究光，發現了球面波的惠更斯原理，但不適用於光。
上述兩大實驗，加一理論，都證明了光具有波動性是個誤判，光不是波。光的三大粒子實驗，其結論沒有任何理由能駁倒它。光是粒子，卻在微觀世界能走出衍射干涉這樣波的步態來（見《引力》一文》），因光在微觀世界裡能走出波的步態，用波函式和薛定諤波動方程，確實能解決量子的計算問題，就像空間不存在彎曲，但愛因斯坦用設想下的空間彎曲理論能解決引力問題一樣。薛定諤不認可物質的疊加態和波函式坍縮這一奇怪的量子解釋，才有了“薛定諤的貓”。
餘下最後的問題，光，是不是電磁波？答案，不是。
①電磁波與光子作用電子時，能量交換方式和行為完全不同。
先說說通訊用的無線電磁波是怎麼產生的。通訊用的無線電磁波的產生，需要一根特製的天線，天線內大量的電子，在交變電壓（電場）的作用下，做群體性的有規律的來回的移動。使天線內的正負電荷間的電力線（或磁力線）做鼓圓形的、擴大縮小，再擴大縮小的有規律的迴圈運動，產生交變的電磁場，向外傳播電磁能，交變規律中就調製了要傳播的資訊。資訊隨電磁能球面傳播開去。接收端的天線內電子，在這交變的電磁場的電磁感應作用力下，做群體性的有規律的定向隨動，這種有規律的定向隨動的電訊號被解碼後完成通訊功能。無線電的接收端電子的有規律隨動，是電磁力的作用結果。光子作用於電子，相遇可能量交換，或彈性碰撞，光沒有能力使電子產生群體性的來回振盪的位移行為，光子群體的光壓只會將電子推開做直線運動。它倆與電子的作用方式完全不同。
②電磁波與光子產生機制完全不同。
電磁波由帶粒子的運動產生（自旋、圓周運動、直線來回振盪），光子由電子的能級躍遷產生（不可見光子與電子相遇，電子賦能光子成可見光；高能電子賦能光子，光子成γ射線χ射線等）。電磁波是因帶電粒子的運動產生了變化電磁場的電子動能透過電磁能量形式的輻射行為。光子能級是電子與光子能量交換後的光子內能的變化行為。人工控制叢集電子的電磁波波長能做到0.1毫米級，已接近極限。要做到可0.38微米級電磁波波段（按光波的說法這是可見光），已製造不出這種天線。因帶電量的有限性，原子內的電子、質子的電磁波，只能在微觀尺度量起庫侖力使用，宏觀上沒有電磁感應力的存在。中子星的電磁波是脈衝型方波，與光子無緣。
也就是說，在我們現有的電磁波波譜中，吉米波（10～1Gm）至絲米波（1～0.1mm）為電磁波外，其它全是光子的能級分佈，紅外線、可見光、紫外線、χ射線、γ射線、高能射線等都不是電磁波。因為這樣能級的電磁波，宇宙裡沒有產生它的機制。
傳真（電視）用的波長是3～6米
雷達用的波長在3米到幾毫米
無線電波1毫米～3000米（微波1毫米~1米）
紅外線0.76微米～1毫米（其中：近紅外短波為0.76～1.1微米，近紅外長波為1.1～2.5微米，中紅外為2.5～6微米，遠紅外為6～15微米，超遠紅外為15微米～1毫米）
可見光0.38微米～0.76微米
紫外線10奈米～0.38微米
χ射線1皮米～10奈米
γ射線0.1皮米～1皮米
高能射線小於1皮米
電磁波可由帶電子的運動隨時產生和消失，光子是能量的量子化存在，其能級可變化，但不可以隨便產生和消亡。
③電磁波與光子傳能方式和路徑不同。
電磁波是球面波，能量發散傳播，波能密度下降速度極快，傳播距離被限。光線是直線傳播，中途能量損失小，傳播距離超級遠（上百億光年）。電磁波可讓電磁場中的帶電粒子，來回運動而直接加熱物體的內部粒子，光子只能作用於物體表面電子，熱能要透過表面電子的熱傳導才能到達物體內部。電磁波能拐彎，光子不拐彎（衍射干涉那是特殊條件的特殊行為）。
上面的這些事實足以證明電磁波與光子不是同一類東西。麥克斯韋計算出電磁波速與光速一致而認定它們都是電磁波，這仍然是個誤判。該是糾正光子錯誤認識的時候了，不要讓量子力學走向玄幻。
