波粒二象性的本质原理

B站影视 2025-02-07 20:04 3

摘要:迈克尔逊-莫雷实验只是证明了同一光源向任意方向发射的光波速率都是相同的(严格来说只证明了该光源在地球表面水平方向上发射的光波速率是相同的,因为实验仪器是水平旋转的),并不能证明光速不变,也不能证明以太不存在。

前言:

迈克尔逊-莫雷实验只是证明了同一光源向任意方向发射的光波速率都是相同的(严格来说只证明了该光源在地球表面水平方向上发射的光波速率是相同的,因为实验仪器是水平旋转的),并不能证明光速不变,也不能证明以太不存在。

本文是《光子论》的一部分,光子论的所有理论都遵循经典物理学、遵循牛顿力学,由于真空中磁铁依然可以互相吸引或排斥,按照经典物理学原理,显然真空中有一种介质可以传递电磁力,本文沿用20世纪之前的名称,将这种介质称为“以太”,但世人对以太的偏见非常大,有考虑将这种介质定义为场,称为“波场”。

带电粒子的荷质比是固定不变的,粒子的电荷量与它的质量成正比,也就是说当质量变化时,电荷量也会发生变化。电荷量的变化会导致真空磁导率μ0发生变化,而真空磁导率μ0的变化会导致麦克斯韦推导出的光速值√(1/ε0μ0)成为了变量,可以间接证明光速是可变的。

假设以太是一种可以被极限压缩的流体,是由互相碰撞的最小粒子构成;可以与空气做类比,空气是由互相碰撞的气体分子构成。

地球在以太中的移动速度为光速c,移动方向大致为北黄极(黄道面的北方),具体方向需要实验验证。

本文中的“移动速度”是相对以太的速度,“运动速度”是相对观察者或者相对某个参照物的速度。

本文中的刚体粒子是指球形微观粒子。目前已知电子的荷质比最大,可以将电子假设为刚体粒子,质子和中子的荷质比小很多,说明它们都不是刚体粒子,都是由一些更小的粒子环绕其共同的质心而形成,这些更小粒子可能都是刚体粒子,也可能还存在更小的层级,但最小层级的粒子一定都是刚体粒子。为方便计算,本文有时会将物体或星体的质点看作是具有一定半径、且旋转角速度为0的刚体粒子。

根据《刚体粒子自转定律》可知,当刚体粒子在以太中以速度cx移动时,它的自转速率将等于移动速率cx(cx是光速的变量值,可以大于或者小于等于c)。由于地球在以太中的移动速度为光速c,所以构成地球的所有刚体粒子的旋转速率也为c,由于旋转速度足够快,刚体粒子周围旋转以太风的旋转中心可以形成绝对真空(绝对真空是指既没有空气,也没有以太),旋转以太风流向“赤道”的斜率越低,则阻力系数越低(“赤道”是指迎风面与背风面的分界线),根据之前篇章可知,当刚体粒子以速度c在以太中移动时,旋转以太风从“赤道”擦边而过时的斜率等于两个刚体粒子之间万有引力与电磁力的比值,约等于2.4*10^-43,可见斜率极其低,所以刚体粒子以速度c在以太中移动时,无法撞击到以太,阻力以及阻力系数极其接近0。但是当刚体粒子的移动状态发生改变时,它就会撞击到以太中的光子,从而辐射电磁波。也就是说电磁波是由具有加速度的粒子撞击以太中的光子而产生的,由于电子、质子等粒子撞击光子时的动量远大于光子的动量,根据动量守恒定律,电子、质子等粒子撞击光子时发出电磁波的速率等于粒子在以太中移动的速率(电子移动速度相对的是以太,电磁波速度相对的是电子)。

地球上静止的光源(或者辐射源)在以太中移动的方向是确定的(与地球在以太中的移动方向相同),但光源内部的微观粒子在以太中的移动方向是杂乱的,这是因为粒子的移动方向取决于以太风的方向,移动方向总是与以太风吹向粒子的方向相反,由于粒子自旋以及粒子间的互相环绕、碰撞,导致物体内部以太风的方向是杂乱的,所以它们撞击以太时发出电磁波的方向也是杂乱的,各个方向都有。

比如战斗机相对地球表面以速度v1向北低速飞行,假设此时出现极端天气,向北刮起了速度为-v2的强风,由于战斗机飞行速度通常是指相对空气的速度(马赫数是相对空气的),所以此时战斗机的飞行速度等于v1与v2的矢量和(请注意-v2是向北的,v2是向南的),如果v2大于v1,那么此时战斗机相对空气其实是向南飞行的。同理,构成地球的微观粒子在以太中的移动方向并不一定与地球整体在以太中的移动方向相同,以氢原子为例,由于电子与质子的自旋方向相反,所以以太风从它们中间流过,从而形成磁场(以太风从磁场S极流入,N极流出),那么可以将氢原子看作是一个短小的通风管道,以太风从管道的其中一个孔进入,从另一个孔流出,将某一物体看作是由大量短小的气流管道构成,再将以太看作是空气,让这些管道都以速度v在空气中向北飞行,此时由于大量短小管道构成的物体在空气中的移动方向是明确的,都以速度v向北飞行,但单个管道的飞行方向却可以是任意方向,因为每个气流管道受到气流影响时,管道口的指向并不是固定的,尤其是管道之间互相碰撞(就像物体中的原子那样相互产生作用力),导致气流进入管道入口时的方向是杂乱的,所以这些短小管道在空气中的飞行方向是杂乱的,假设管道壁是光滑的,那么所有管道的飞行速率都相同,都是v,但飞行方向却各不相同。这就相当于地球在以太中移动的方向是确定的(比如北黄极方向),而构成地球的粒子在以太中的移动方向却是杂乱的,但每个粒子的移动速率却都与地球的移动速率相同。

以地球表面氢原子为例,处于高轨道的核外电子向低轨道变轨时具有加速度,在变轨期间就会撞击以太中的光子而发出电磁波(从低向高变轨时加速度很小,辐射的电磁波能量太小,无法被探测到,可以忽略不计),由于地球在以太中移动速度为光速c,所以地球表面氢原子辐射的电磁波速率也等于c,由于变轨运动时核外电子做的是椭圆轨道运动,所以辐射的是椭圆偏振的电磁波,但如果椭圆的扁率接近1时,可以认为是线偏振电磁波,设核外电子运行一周所需要的时间为T,则辐射电磁波的频率ν=1/T,波长λ=c*T,设变轨所需要的时间为t,则电磁波的波列长度L=c*t,核外电子椭圆轨道的长轴所指的方向就是电磁波的偏振方向,半长轴则为电磁波的振幅。所以核外电子发射的电磁波既具有粒子性也具有波动性。

为方便理解,假设有一个电子枪以光速c发射电子束,显然电子枪在静止时发射的电子只具有粒子性,但是当电子枪在发射电子的同时还在做简谐运动,且简谐运动的方向与发射电子的方向垂直,那么此时发射的电子束既具有粒子性,也具有波动性,假设简谐运动的电子枪发射了t秒的电子束,简谐运动周期为T,简谐运动范围为x米,那么发射的电子波的波列长度L=ct,波长λ=cT,频率ν=1/T,振幅=x/2,偏振状态为线偏振,偏振方向与简谐运动方向相同,如果电子枪做圆周运动或者椭圆运行(运动平面与电子束的方向垂直),那么电子波偏振状态为圆偏振或椭圆偏振。

当两列相同的电磁波以相同的速度在以太中传播时,由于它们的频率相同、相位差恒定、振动方向相同,满足干涉条件,所以这两列波可以产生干涉现象。也就是说电磁波的波粒二象性并不是量子现象,完全可以通过经典物理学原理进行解释。

来源:光子论

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