關(guān)于光的本質(zhì)的探討

關(guān)于光的本質(zhì)的探討摘要在科學(xué)的歷史上，光是什么的問題已經(jīng)爭論了幾百年了，雖然現(xiàn)代科學(xué)已經(jīng)給出了結(jié)論：光既是波又是粒子。然而，波與粒子是兩種完全不同的概念，光怎么可能既是波又是粒呢？光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)并不能證明光是粒子，只能證明光具有粒子性。如果引入光的介質(zhì)，就可以解釋關(guān)于光的所有性質(zhì)，而且比學(xué)界主流的解釋更加符合實(shí)際。光不是由光子組成的，也不是運(yùn)動(dòng)的電磁場(chǎng)，光的本質(zhì)就是介質(zhì)中的機(jī)械波，與電場(chǎng)和磁場(chǎng)沒有任何的關(guān)系。關(guān)鍵詞：電磁波，光介質(zhì)，電磁場(chǎng)，光子，麥克斯韋方程引言關(guān)于光是什么的問題，大家認(rèn)同的有兩種答案，一種是波，一種是粒。光到底是波還是粒子？波動(dòng)派有強(qiáng)大的理論和實(shí)驗(yàn)支持，微粒派也有強(qiáng)大的理論和實(shí)驗(yàn)支持，雙方?jīng)Q定握手言和，得出了最終的結(jié)論：光具有波粒二象性，既是波又是粒子。但是，波與粒是兩種完全不同的概念，光只能是其中的一種，怎么可能既是波又是粒呢？光是粒子嗎？光是波，是一定頻率范圍的電磁波，已經(jīng)得到大家的公認(rèn)，沒有人懷疑，但是光是粒子嗎？證明光是粒子的證據(jù)主要有三個(gè)：第一是光電效應(yīng)，第二是黑體輻射，第三是康普頓散射，但是，這三個(gè)證據(jù)都是間接證據(jù)，沒有任何直接的證據(jù)證明光子的存在。光電效應(yīng)光電效應(yīng)被主流認(rèn)定為粒子說的最主要的證據(jù)，是把光想象成由光子組成的，或者說假設(shè)光是由一個(gè)個(gè)的光子構(gòu)成的。愛因斯坦假設(shè)存在光子，并定義一個(gè)光子的能量為hf，并提出了一個(gè)關(guān)系式：Ek=hf-W0（其中h為普朗克常量，f為光的頻率，W0為逸出功，就是電子脫離金屬吸引需要做的功），即愛因斯坦光電效應(yīng)方程，它可以解釋了許多的現(xiàn)象，為光的粒子說奠定了基礎(chǔ)，并因此獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。但是，愛因斯坦的光子說并不是無懈可擊的，其原因如下：A、科學(xué)發(fā)展到今天，我們?nèi)匀徊恢拦庾邮鞘裁?，晚年的愛因斯坦說過：“整整50年的時(shí)間思考，但我還是沒有接近'光子是什么'這個(gè)問題的答案?！比绻覀冞B光子是什么都無法回答，如何認(rèn)定光就是粒子呢？B、光子說的重點(diǎn)是普朗克常數(shù)h和頻率f，而不是粒子的動(dòng)量，E=hf是粒子說方程還是波動(dòng)說方程呢？波和粒子是水火不相容的兩個(gè)概念，把光看成是粒子，就無法解釋頻率、波長、干涉和衍射現(xiàn)象。事實(shí)上，愛因斯坦的光電效應(yīng)解釋是介于粒子說和波動(dòng)說之間的解釋，但是，絕對(duì)不是粒子說的解釋。愛因斯坦是用頻率和波長來描繪的粒子，表面上是粒子說的解釋，實(shí)際是波動(dòng)說的解釋，但是，我們卻對(duì)此視而不見，仍然把光電效應(yīng)作為光是粒子的證據(jù)。C、光子說無法解釋光電子的運(yùn)動(dòng)方向，如果光子說成立，那么，撞擊出的電子應(yīng)是順著入射光子的方向運(yùn)動(dòng)。而事實(shí)是：產(chǎn)生的光電子的方向卻是與入射光的方向無關(guān)。D、如果光子說成立，那么，光的頻率越高，光子的動(dòng)能越大，光電效應(yīng)就應(yīng)該越易發(fā)生，但是，當(dāng)入射光的頻率較高時(shí)，光電效應(yīng)反而減弱甚至停止。E、在光子與電子作用時(shí)，必須把金屬中的自由電子看作是“束縛電子”，而且光子與電子碰撞時(shí)，光子把自己的能量全部傳輸給電子，然后就消失了。黑體輻射黑體輻射的規(guī)律能夠說明光是粒子嗎？我的回答是：不能。關(guān)于黑體輻射強(qiáng)度的計(jì)算，普朗克使用插值法總結(jié)出了一條公式，也即普朗克公式：，為了解釋這個(gè)半經(jīng)驗(yàn)公式，他提出了能量量子化假設(shè)：E=hf，但這也僅僅是一種假設(shè)，并不能說明光就是粒子，其原因如下：與光電效應(yīng)一樣，普朗克所提出的能量子也只與光的頻率相關(guān)，說明光仍然是波；普朗克假設(shè)光是由原子振動(dòng)產(chǎn)生的，而且是簡諧振動(dòng)，如果假設(shè)微觀粒子的振動(dòng)規(guī)律符合mωA2=?，波的幅值能量等于hf就能得到很好的解釋；能量只所以是一份一份的，是由于原子的振動(dòng)方向是隨機(jī)變化的，所輻射的能量具有方向性。康普頓散射康普頓散射也是作為光子說的主要證據(jù)之一，康普頓用光子說成功地解釋了這種現(xiàn)象。但是，發(fā)生康普頓效應(yīng)后，光既沒有被加速，也沒有被減速，根本沒有表現(xiàn)出粒子受力改變運(yùn)動(dòng)速度的性質(zhì)。無論是在光電效應(yīng)還是康普頓效應(yīng)中，決定光的能量的特征物理量都是光的頻率，沒有出現(xiàn)任何代表粒子性的物理量來計(jì)算光的能量的數(shù)學(xué)式（頻率是描述波的性質(zhì)的物理量）?？灯疹D解釋這個(gè)現(xiàn)象時(shí)，還提出了如下假設(shè)：光子不但具有能量E=hf，還具有動(dòng)量p=h/λ。碰撞前，電子的能量E=0.5m0c2，動(dòng)量為0，光子的能量E=hf，動(dòng)量p=hf/c，碰撞后，電子的能量E=0.5mc2，動(dòng)量p=mv，光子的能量為E=hf’，動(dòng)量p=hf’/c。光子與電子的碰撞過程中，能量和動(dòng)量必須都守恒。D、光子與電子的碰撞過程中，電子和光子的動(dòng)量和運(yùn)動(dòng)方向必須符合圖1所示，或者說，這三個(gè)矢量必須符合余弦定理。圖1.光子與電子的碰撞過程E、電子碰撞后的質(zhì)量必須符合相對(duì)論：。只有滿足上述所有的假設(shè)，才能得出與實(shí)驗(yàn)相符合的結(jié)論：，但有些假設(shè)是無法驗(yàn)證的，例如，碰撞過程中，動(dòng)量及動(dòng)能是否守恒（在光電效應(yīng)中，動(dòng)量不守恒）、電子的動(dòng)能、電子的動(dòng)量及方向等。本來是為了證明光是粒子，但卻引入了過多且無法證明的假設(shè)。對(duì)于光子的猜測(cè)光電效應(yīng)一般用金屬作為實(shí)驗(yàn)材料，將金屬中的自由電子視作“束縛電子”，而在康普頓效應(yīng)中，卻將石墨甚至石蠟（絕緣）中的“束縛電子”視作“自由電子”。光電效應(yīng)中，光子的能量全部轉(zhuǎn)化為電子的能量，即我們熟悉的Ek=hf-W。而在康普頓效應(yīng)中，光子與電子作彈性碰撞，光子只把部分能量轉(zhuǎn)移給電子，光子本身的能量和動(dòng)量都發(fā)生了改變。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)原則上應(yīng)該是相似的，都是光子撞擊電子，但是，解釋是分別進(jìn)行，也不能互相貫通。都是光子，為何一個(gè)只撞擊“自由電子”，另一個(gè)只撞擊“束縛電子”？光電效應(yīng)是光子能量一次性全部給予電子，然后光子完全消失，康普頓效應(yīng)的光子卻只能將能量部分給予電子，碰撞后光子被分裂，電子為何有時(shí)完全吸收光子，有時(shí)只是將光子分裂？另外，原子內(nèi)部是十分空曠的，光子是如何擊中電子的？那么，光子到底是什么呢？本文認(rèn)為：光子是人們假想的粒子，實(shí)際并不存在，與晶體中的聲子具有相似性。光波具備粒子的某些特征，與“光是粒子”并不等價(jià)，超聲波也具有粒子性，它可以打孔，可以清洗，但我們不能說超聲波是粒子。電磁波是運(yùn)動(dòng)的電磁場(chǎng)嗎？電場(chǎng)強(qiáng)度的決定式和畢-薩定理都是正確的電場(chǎng)強(qiáng)度的決定式可表示為：E=kQ/r2，目前為止，還沒有發(fā)現(xiàn)過它有任何的錯(cuò)誤或存在成立的條件，或者說，它在任何條件下都成立。畢-薩定理可表示為：，也是在任何條件下都成立。這兩個(gè)式子可以說明：任何電場(chǎng)的存在，都必須存在電荷，或者說，沒有電荷就沒有電場(chǎng)，任何磁場(chǎng)的存在，都必須有電荷的運(yùn)動(dòng)。因此，在沒有電荷的真空中，是絕對(duì)不會(huì)存在任何電磁場(chǎng)的。麥克斯韋方程的缺陷麥克斯方程是在庫侖定律、畢-薩定律、法拉弟定律的基礎(chǔ)上，是假設(shè)以太存在的條件下，用數(shù)學(xué)分析的方法組合而成的。A、方程一：安培環(huán)路定律在穩(wěn)恒磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿任何閉合路徑的線積分，等于這閉合路徑所包圍的各個(gè)電流的代數(shù)和乘以磁導(dǎo)率，這個(gè)結(jié)論稱為安培環(huán)路定理。安培環(huán)路定理可以由畢奧－薩伐爾定律導(dǎo)出。它反映了穩(wěn)恒磁場(chǎng)的磁感應(yīng)線和載流導(dǎo)線相互套連的性質(zhì)：。麥克斯韋在安培定律的基礎(chǔ)上，提出了位移電流假設(shè)，得到全電流定律：。但是，安培定律的成立是有條件的，它是根據(jù)畢-薩定律推導(dǎo)出來的，其條件就是導(dǎo)線為無限長的直導(dǎo)線，如果導(dǎo)線的長度是有限的或不是直的，安培定律就不成立，因此，麥克斯韋的全電流定律也是有條件的，并不是在任何條件下都成立。另外，麥克斯韋的位移電流假設(shè)也引起了很大的爭論，最先否定位移電流假設(shè)的是RosserandG.V.W.[1]，北京大學(xué)物理系的趙凱華教授[2]直接否定了位移電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，特別是清華大學(xué)物理系的高炳坤教授[3]，在摘要中只有一句話：“直接論證了位移電流不激發(fā)磁場(chǎng)”，蘇景順、謝革英[4]從理論上證明了位移電流不能產(chǎn)生磁場(chǎng)。類似的文章還有很多，例如：朱久運(yùn)[5]、李元?jiǎng)譡6]、江俊勤[7]等教授都是這個(gè)觀點(diǎn)，因此，麥克斯韋所提出的位移電流假設(shè)很可能是不成立的，在任何條件下都成立的只有畢奧－薩伐爾定律，或者說，沒有真實(shí)的電荷移動(dòng)，就沒有磁場(chǎng)，或者說，變化的電場(chǎng)不能產(chǎn)生磁場(chǎng)。B、方程二：法拉弟電磁感應(yīng)定律磁場(chǎng)中的一個(gè)閉合導(dǎo)體回路，由于某種原因引起穿過回路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，可以產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，且正比于磁通對(duì)時(shí)間的變化率：。但麥克斯韋把法拉弟電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用范圍推廣到介質(zhì)或真空中的任意閉合曲線的情況，表示為。真理往前再跨一步就會(huì)成為謬誤，法拉弟定律的前提條件是：導(dǎo)體回路，如果沒有這個(gè)條件，法拉弟定律也不成立，但是，麥克斯韋直接把這個(gè)條件去掉了，這個(gè)方程還能成立嗎？在導(dǎo)體回路中，產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的原因是洛侖茲力的作用，并不是電場(chǎng)的作用，如果沒有導(dǎo)體中的自由電子，無論磁通量如何變化也不可能產(chǎn)生出電場(chǎng)。因此，麥克斯韋的這個(gè)方程并不成立，或者說，變化的磁場(chǎng)并不能產(chǎn)生電場(chǎng)，你在真空中無論如何揮動(dòng)磁鐵，也不可能產(chǎn)生出電場(chǎng)。綜上所述：“變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)”這種表述方法并不準(zhǔn)確，必須加上相應(yīng)的條件：沒有電荷就不會(huì)存在電場(chǎng)，沒有電荷的運(yùn)動(dòng)就不會(huì)存在磁場(chǎng)。雖然用麥克斯韋方程組可以推導(dǎo)出波動(dòng)方程，但那也只是數(shù)學(xué)上的游戲，因?yàn)樵跊]有電荷的真空中是不可能存在電場(chǎng)的，而且在發(fā)射天線為有限長度的情況下，方程組并不成立。電磁場(chǎng)與電磁波的區(qū)別波與場(chǎng)具有本質(zhì)的區(qū)別。波是指振動(dòng)的傳播，是某一物理量的擾動(dòng)或振動(dòng)在空間逐點(diǎn)傳遞時(shí)形成的運(yùn)動(dòng)稱為波；而場(chǎng)在物理學(xué)上指的是空間或空間的某種分布，是物體與生俱來的屬性。波是物體振動(dòng)產(chǎn)生的，其傳播需要介質(zhì)，它可以脫離物體而存在；而場(chǎng)是物體發(fā)生作用的范圍，是一定范圍內(nèi)的物理作用，只能存在于物體的周圍，不能脫離物體而存在。場(chǎng)是源激發(fā)的，沒有源就沒有場(chǎng)，不存在無源之場(chǎng)，場(chǎng)是源決定的。例如，電場(chǎng)是由電荷產(chǎn)生的，雖然在表象上變化的磁場(chǎng)可以產(chǎn)生渦旋的電場(chǎng)，但本質(zhì)上渦旋的電場(chǎng)仍然是由電荷的密度分布不均產(chǎn)生的。在表象上，渦旋的電場(chǎng)也可以產(chǎn)生磁場(chǎng)，但實(shí)際上，沒有電荷的運(yùn)動(dòng)就沒有磁場(chǎng)。波也是源激發(fā)的，但波可以脫離源而存在，不存在無源之波，但波是由源和介質(zhì)共同決定的，源決定波的頻率、幅度、方向及偏振，介質(zhì)決定波的速度和衰減，電磁波也不例外。下面以偶極子天線為例，說明電磁場(chǎng)和電磁波的區(qū)別：天線的輻射包括近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)，近場(chǎng)是電磁場(chǎng)，其中，電場(chǎng)是由天線上的電勢(shì)產(chǎn)生的，與電流無關(guān)，磁場(chǎng)是由天線上的電流產(chǎn)生的，與電勢(shì)無關(guān)；遠(yuǎn)場(chǎng)為電磁波，是由天線上的電子振動(dòng)產(chǎn)生的。偶極子天線上的電流是時(shí)變的，但它所激發(fā)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)卻與靜態(tài)電磁場(chǎng)的特點(diǎn)完全相同。在天線周圍所產(chǎn)的電磁場(chǎng)（近場(chǎng)）可表示為（以振子中心為原點(diǎn)）：，其中L是電偶極子天線的長度，它與靜態(tài)的電偶極子所產(chǎn)生的電場(chǎng)在形式上完全相同，但偶極子天線周圍的電磁波（遠(yuǎn)場(chǎng)）可表示為：，其中是波阻抗。電磁場(chǎng)與電磁波可以是同源的，也就是說，同一個(gè)源即可以產(chǎn)生電磁場(chǎng)，也可以產(chǎn)生電磁波，但二者卻具有完全不同的性質(zhì)：電磁場(chǎng)只能存在于天線的附近，但電磁波卻可以存在于遠(yuǎn)離天線的地方；電磁場(chǎng)不能脫離天線而存在，但電磁波卻可以；電磁場(chǎng)不能向外輸送能量，但電磁波卻可以；電磁場(chǎng)的強(qiáng)度與頻率無關(guān)，但電磁波的強(qiáng)度與頻率有關(guān)；電場(chǎng)的強(qiáng)度滿足高斯定理，磁場(chǎng)強(qiáng)度滿足畢-薩定理，但電磁波的強(qiáng)度與二者都沒有關(guān)系；電磁場(chǎng)中不存在相位因子（說明了電磁場(chǎng)不存在波動(dòng)，也說明電磁場(chǎng)不能以波的形式傳播），但電磁波中一定存相位因子；電磁場(chǎng)的強(qiáng)度與阻抗是否匹配無關(guān)（與電流和電勢(shì)有關(guān)），但電磁波的強(qiáng)度與阻抗及是否匹配關(guān)系很大，如果阻抗不匹配，無論天線上的電流有多大，電磁波也無法有效地輻射出去；交變的電磁場(chǎng)與電磁波都能使帶電粒子產(chǎn)生振動(dòng)，但電磁場(chǎng)的作用與帶電粒子所帶電荷有關(guān)，它只能作用于帶電粒子，而電磁波可作用于任何粒子，不論粒子是否帶電。為什么我們會(huì)把交變的電磁場(chǎng)當(dāng)作電磁波？雖然電磁場(chǎng)與電磁波具有很大的不同，但是，我們很容易把交變的電磁場(chǎng)當(dāng)作電磁波。因?yàn)楦鶕?jù)目前的理論，只有電磁場(chǎng)才能使電子產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)，實(shí)際上，電磁波也能使電子產(chǎn)生振動(dòng)，而且電磁波能使任何自由粒子產(chǎn)生振動(dòng)，不論這個(gè)自由粒子是否帶電。但是，我們檢測(cè)空間中的電磁波，只有觀察電子的運(yùn)動(dòng)（沒有其他的自由粒子可以觀察），這就是我們?nèi)菀谆煜蛔兊碾姶艌?chǎng)與電磁波的原因。如何證明電磁波可以作用于任何粒子呢？激光冷卻就是最好的證明，它能使任何中性粒子冷卻，還有，激光能夠切割任何物體，就是因?yàn)樗軌蚴谷魏沃行栽赢a(chǎn)生振動(dòng)。光是電磁波嗎？光是電磁波，這是教科書上明確指出的。但是，還有許多人認(rèn)為光不是電磁波，為什么呢？因?yàn)槲覀儗?duì)光和電磁波作了不同的解釋。例如，電磁波是由變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)構(gòu)成的，而光是由光子組成的，電磁波是由電流產(chǎn)生的，而光是由電子的躍遷產(chǎn)生的等等。既然光與電磁波是同一個(gè)概念，我們就應(yīng)該把二者的解釋統(tǒng)一起來。但是，如果把電磁波解釋為運(yùn)動(dòng)的電磁場(chǎng)，光與電磁波很可能永遠(yuǎn)也無法統(tǒng)一解釋，因?yàn)楣馀c電場(chǎng)或磁場(chǎng)都沒有關(guān)系。光需要介質(zhì)嗎？光是否需要介質(zhì)已經(jīng)爭論幾百年了，現(xiàn)在仍在爭論之中。如果電磁波不是運(yùn)動(dòng)的電磁場(chǎng)，光又是什么呢？本文假設(shè)它與聲波一樣，是介質(zhì)中的機(jī)械波。光介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方式在“老胡說科學(xué)”里有一篇文章：《光的傳播真的不需要介質(zhì)嗎？以太真的不存在嗎？》，文中介紹了以太質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方式，如圖2所示。圖2.以太質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)（打開鏈接后可看到動(dòng)圖）有一位知乎網(wǎng)友SiCo，在《失落的秘密——基于以太的電磁波模型》中，也給出了電磁波在以太中的傳播過程，本文從動(dòng)畫演示中截取了一個(gè)畫面如圖3所示，其網(wǎng)址為/zvideo/1314654672141819904。圖3.以太質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方式他在文中寫到：“當(dāng)我看到這個(gè)基于以太的模型的時(shí)候，一下子被震撼到了，這解釋了我若干天以來對(duì)電磁波的若干困惑：電磁波的形狀，電磁波怎么傳輸，磁場(chǎng)和電場(chǎng)到底什么關(guān)系，電磁波為什么沒有能量耗散，電磁波的方向，所有的問題，被這個(gè)模型一下子就解決了。這個(gè)基于以太的電磁波模型，實(shí)在是太美了！這就是物理的美，甚至勝過數(shù)學(xué)的美！用一個(gè)形象驅(qū)動(dòng)，遠(yuǎn)勝過用一堆算式去推導(dǎo)”（/p/310097037）。光子的定義關(guān)于光子的定義，可以根據(jù)介質(zhì)中的體積元的運(yùn)動(dòng)給出：如果介質(zhì)的密度為ρ，假設(shè)介質(zhì)中有一體積為dV體積元，其質(zhì)量為m，在波動(dòng)過程中，任一質(zhì)元的動(dòng)能和勢(shì)能相等，且同相位變化。體積元的能量可表示為：，其能量幅值：E0=ρA2ω2dV=mA2ω2，令mωA2=?，則E0=hf。在一個(gè)周期內(nèi)，它的平均能量可以表示為：。為什么mωA2=?呢？根據(jù)前文，假設(shè)體積元的運(yùn)動(dòng)軌跡為圓形，那么，體積元的振幅A就是體積元的運(yùn)動(dòng)半徑，上式就可以表示為mvr=?，這個(gè)式子正是玻爾的假設(shè)，也反映了微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：共振，或者說，當(dāng)粒子處于共振狀態(tài)時(shí)，mωA2=?成立。可以看出：光子實(shí)際上就是介質(zhì)中的體積元，光子的能量實(shí)際上就是體積元能量的幅值。光子為什么沒有質(zhì)量呢？因?yàn)轶w積元雖然具有絕對(duì)質(zhì)量，但它相對(duì)于介質(zhì)的平均質(zhì)量卻是零，在聲學(xué)中，聲子的質(zhì)量同樣也是零。聲波與光波的區(qū)別聲波與光波都是介質(zhì)中的波，都是疏密波，并沒有本質(zhì)的區(qū)別，在動(dòng)畫中可以明顯地看到。但二者唯一的差別是：質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方式不同，聲波中的質(zhì)點(diǎn)一般是簡諧振動(dòng)，而光波中的質(zhì)點(diǎn)一般是圓周運(yùn)動(dòng)。造成二者不同的原因并不是介質(zhì)的原因，而是波源的振動(dòng)方式不同，這也是宏觀物體與微觀粒子運(yùn)動(dòng)的最顯著的區(qū)別：微觀粒子的振動(dòng)方向是隨機(jī)的，但振動(dòng)的規(guī)律卻符合mωA2=?。宏觀物體的振動(dòng)方向、振動(dòng)頻率和振動(dòng)幅度都與外力有關(guān)，但微觀粒子的振動(dòng)頻率、振動(dòng)方向和振動(dòng)幅度卻與外力無關(guān)，只與粒子所處的環(huán)境有關(guān)（例如溫度、電場(chǎng)等）。如果宏觀物體左右振動(dòng)的同時(shí)也具有上下振動(dòng)，那么，聲波中的質(zhì)點(diǎn)也是圓周或橢圓運(yùn)動(dòng)，這時(shí)的聲波也是偏振波，希望有條件的實(shí)驗(yàn)室能夠證實(shí)或證偽。光介質(zhì)的參數(shù)光介質(zhì)（以太）的參數(shù)如表1所示[6]表1.以太與空氣的比較atmK靜態(tài)密度ρ0(kg/m3)c(m/s)08模量P(Pa)靜態(tài)壓強(qiáng)P0(Pa)6.78×1010波阻抗Z(?)7.610-6=1/Pλ(m)=b/T粒子最可幾速度vp(m/s)108=m(kg)1×10-2610-40每立方米粒子個(gè)數(shù)N(m-3)9×1025氣體常數(shù)R（J/mol.K)8.318.31平動(dòng)動(dòng)能E(J)0-210-23在參考文獻(xiàn)[6]中，給出各種參數(shù)的來源。討論電磁波的產(chǎn)生如果電磁波不是運(yùn)動(dòng)的電磁場(chǎng)，那么，電磁波是如何產(chǎn)生的呢？我們知道：任何波的產(chǎn)生，必須是依靠物體的振動(dòng)，下面以半波天線為例說明電磁波的產(chǎn)生過程。電磁波的產(chǎn)生，依靠的是電子的振動(dòng)，電子是如何振動(dòng)的呢？因?yàn)閷?dǎo)體內(nèi)無法長時(shí)間存在凈電荷，凈電荷只能跑到導(dǎo)體的表面，當(dāng)電子以一定的速度到達(dá)導(dǎo)體表面時(shí)，由于電子無法脫離導(dǎo)體表面，只能在導(dǎo)體表面產(chǎn)生振動(dòng)，就像氣球從水中浮上來一樣。A、電子在導(dǎo)體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況電子在天線上的密度和運(yùn)動(dòng)如圖4所示。圖4.天線上電子的密度和運(yùn)動(dòng)方向B、介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)情況如圖5所示，黑色圓點(diǎn)代表原子核，紅色圓點(diǎn)代表電子，綠色代表質(zhì)元的運(yùn)動(dòng)軌跡。在天線上，電子密度大的部分，電子運(yùn)動(dòng)的方向不但有上下運(yùn)動(dòng)，而且還向外運(yùn)動(dòng)，天線上的電子密度小的部分，電子運(yùn)動(dòng)的方向除上下運(yùn)動(dòng)外，表面的電子還向內(nèi)運(yùn)動(dòng)（為了保證導(dǎo)體內(nèi)部的電荷平衡）。圖5.介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)過程C、電磁波的描述電磁波既然不是運(yùn)動(dòng)的電磁場(chǎng)，那么，電磁波的描述就不應(yīng)該繼續(xù)用電場(chǎng)E和磁場(chǎng)H，而是應(yīng)該用介質(zhì)的壓強(qiáng)差p和體積元速度u描述。在任何的電磁波方程中，完全可以用p和u代替E和H，例如：電磁波的阻抗可定義為：Z=p/u，而不需要定義為Z=E/H，電磁波的波動(dòng)方程可定義為：，，而不需要定義為：，。我們?cè)趯?shí)際測(cè)量電磁波時(shí)，一般測(cè)量的是天線的輸出電壓，但是，我們并不知道是什么物理量產(chǎn)生的電壓，只知道是電子運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，是什么導(dǎo)致的電子運(yùn)動(dòng)？你可以認(rèn)為是電場(chǎng)（但電場(chǎng)從哪里來呢），也可以認(rèn)為是介質(zhì)的壓強(qiáng)變化導(dǎo)致的質(zhì)元運(yùn)動(dòng)，從而推動(dòng)電子的運(yùn)動(dòng)。光的產(chǎn)生光的產(chǎn)生過程，實(shí)際上與電磁波的產(chǎn)生是一樣的，都是粒子的振動(dòng)，只是振動(dòng)的方式不同，舉例如下：A、熱致發(fā)光熱致發(fā)光實(shí)際上是原子振動(dòng)產(chǎn)生的，在黑體輻射中，黑體的輻射頻率就是黑體中原子的振動(dòng)頻率，由于原子的振動(dòng)方向是隨機(jī)改變的，才導(dǎo)致了光是一份一份的，黑體中的原子振動(dòng)頻率符合玻爾茲曼分布，只要存在溫度，就會(huì)存在原子的振動(dòng)，就會(huì)存在輻射，但與電子無關(guān)（電子處于基態(tài)）。B、原子發(fā)光原子的發(fā)光，實(shí)際上是原子的核外電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，是電子脫離基態(tài)后、橢圓運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的韌致輻射，其頻率與電子運(yùn)動(dòng)的軌道頻率相等，其強(qiáng)度與電子的急動(dòng)度（加速度的導(dǎo)數(shù)）成正比，當(dāng)電子在近核點(diǎn)時(shí)的輻射最強(qiáng)。需要說明的是原子發(fā)光必須在氣體狀態(tài)下，因?yàn)槲矬w處于固態(tài)或液態(tài)時(shí)，原子沒有足夠的空間使核外電子運(yùn)行在激發(fā)狀態(tài)下。C、自由電子激光當(dāng)電子以近光速運(yùn)動(dòng)時(shí)，能夠在介質(zhì)中產(chǎn)生激波，當(dāng)電子轉(zhuǎn)彎時(shí)，激波就會(huì)部分脫離電子單獨(dú)傳播，是一種典型的韌致輻射，在空氣中也存在這種情況，例如，河南有一種民間運(yùn)動(dòng)“響鞭”，它發(fā)出的聲音其實(shí)就是激波。光電效應(yīng)的波動(dòng)說解釋假設(shè)金屬中的自由電子處于一個(gè)陷阱中，當(dāng)光波與電子相互作用時(shí)，電子將會(huì)與光波中的質(zhì)元同步，要想把電子從陷阱中發(fā)射出來，電子就必須具有一定的速度，由于質(zhì)元的運(yùn)動(dòng)是圓周運(yùn)動(dòng)，其速度v=ωr，可以看出：當(dāng)半徑一定時(shí)，質(zhì)元的速度與頻率成正比，這就是光為什么必須達(dá)到一定頻率才能把電子發(fā)射出來的原因。為什么電子的方向與光的方向不一致呢，因?yàn)橘|(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向是隨時(shí)間變化的，電子不是“碰”出來的，而是“振”出來的。為什么當(dāng)光的頻率足夠高時(shí)光電效應(yīng)停止了呢？因?yàn)閙ωr2=?，當(dāng)ω很大時(shí)，質(zhì)元的運(yùn)動(dòng)半徑太小，電子無法從金屬中跑出來。為什么光能與電子發(fā)生作用呢？因?yàn)楣馐遣?，而波是無處不在的。光電效應(yīng)的發(fā)生也是需要時(shí)間的，這個(gè)時(shí)間就是光波與電子的同步時(shí)間，但這個(gè)時(shí)間很短，估計(jì)在幾個(gè)周期內(nèi)，它與超聲波清洗具有相同的原理?？梢钥闯觯哼@種解釋比愛因斯坦的解釋更符合事實(shí)