波粒二象性探讨

关键字:波粒二象性

电磁波被发现既有波动属性又有粒子属性,近现代以来人类一直认为这两种性质是相互矛盾不能共存的,那为什么电磁波同时具有这看似矛盾的双重属性呢?有没有一个全新视角,刚好能够合理诠释电磁波同时具有波粒二象性的本质?这个问题就是本文要揭示和探讨的内容。

1. 波粒二象性的由来

关于电磁波(主要代表为“光”)形成了具有波粒二象性的历史,本文不再赘述,有兴趣的朋友可以到网上检索相关历史知识。

光的波粒二象性,主要涉及关于“光”的两个方向的定性认识:第一种为“光的波动说”,认为光是类似水波浪一样依靠介质传播的能量;另一种为“光的粒子说”,认为光是类似宏观物质的空间位移,即粒子远行。

惠更斯提出一种光波动说,稍后,牛顿提出一种光微粒说。因当时牛顿无与伦比的学术地位,光粒子说无人敢挑战,光波动说渐渐被遗忘。进入19世纪后,相继出现杨、菲涅尔、麦克斯韦和赫兹,完成了从理论到实验验证的光波动说逆袭,从这时,光波动说开始被广泛认可。

刚进入20世纪,普朗克对黑体在平衡状况的发射光波频谱的预测,完全符合实验数据。他做出特别数学假说,将谐振子(组成黑体墙壁表面的原子)所发射或吸收的电磁辐射能量加以量子化,他称呼这种离散能量为量子。普朗克常数以及电磁波的量子说又被人类提及。

1905年,爱因斯坦对于光电效应给出解释。他将光束描述为一群离散的量子,现称为光子,而不是连续性波动。假若光子的频率大于物质的极限频率,则这光子拥有足够能量来克服逸出功,使得一个电子逃逸,造成光电效应。爱因斯坦的论述解释了为什么光电子的能量只与频率有关,而与辐照度无关。1916年,美国物理学者罗伯特·密立根做实验证实了爱因斯坦关于光电效应的理论。爱因斯坦因光电效应获得了1921年诺贝尔物理奖。

无论从物理发展进程,还是从各位物理大佬的实质性工作,都同时证明光(电磁波)既有波动性又有粒子性。而问题的关键点,在于物理学界认为波动性和粒子性存在彼此相互矛盾的描述,因为从原子结构物质的研究表明,原子结构物质是具有粒子性的,这种粒子性主要体现在非连续性;而波动性主要表现在连续性。

其实,关于上面人类意识逻辑形成的矛盾处,是否真的存在矛盾呢?值得人类深思。从逻辑层面探讨,波动性和粒子性之间存在4种可能的逻辑关系(如图一所示):(1)二者相互独立互不相容;(2)二者相互共存;(3)波动性包含粒子性;(4)粒子性包含波动性。

波粒二象性探讨

图一 波动性与粒子性关系

笔者提出,光波(电磁波)的波动性和粒子性一点都不矛盾,二者相互联系相互依存,属于图一(2)中的逻辑情况。要弄清楚这个问题的本质,就必须先弄清晰人类描述的概念“波”,究竟对应如何的宇宙客观存在,下面接着阐述。

2. 波是什么?

关于这个问题,网上检索得到:波是指振动的传播。对于这个答案,笔者是不满意的,因为用振动诠释“波”,是无法达到本质高度的;用“振动的传播”定义波,能够被再次追问,振动是什么?振动是因什么形成的?类似这样的问题,就又不得不作进一步回答。

水波浪、海(波)浪、声波、电磁波(包括光波)、冲击波、引力波等波现象,都有一个共同的特点,这个特点是什么呢?用最彻底的关于“波”的定义,就能够将这个特点诠释清楚。

笔者对“波”的定义:宇宙某处客观存在的某种能量形式,因达到能量释放条件后释放出自由能量,自由能量具有从能量释放处(波源)沿可能的能量通道(介质),向四面八方依次均分减弱消散的趋势;自由能量在介质中的消散传播形式,就是波。

通俗地讲就是:波,是在因波源释放自由能量形成能量堆积,然后堆积的自由能量沿介质依次分配传播的形式。即,波是能量传播的形式。水波浪是其他能量释放后,沿介质水向四面八方分散传播的形式。声波是其他能量释放后,沿介质原子结构物质向四面八方分散传播的形式。电磁波是其他能量释放后,沿介质暗能量(非原子结构物质)向四面八方分散传播的形式。等等。

对于网上关于波的定义,和笔者关于波的定义,哪一种更加接近波本质,留给大家去对比分析。从各种形式的波,会发现一个客观事实:有振动一定有能量传播,但是有能量传播却不一定有振动。所以,用能量定义波更加符合宇宙客观实际。

笔者关于“波”的定义,遵循宇宙两大法则:空间占位法则和能量最低法则。宇宙一切释放的自由能量,都有均分散开的趋势,符合能量最低法则;能量的传播必须以太相互关联的介质,隔空传力是不成立的,符合空间占位法则。通俗讲,就是释放出的自由能量,不会一直在释放的位置堆积而不离开;这些堆积的自由能量,在能量释放瞬间来看,此处为无穷大,而异于此处的其他空间为零。堆积的自由能量有均分作用整个宇宙空间的趋势,只要路径上不被其他能量体吸收,能量会一直传播均分弱化变小,永远趋于零而不等于零。

“能量源释放的自由能量具有散开均分弱化的趋势”,这是宇宙客观规律,也是遵循宇宙两大法则的。“波”就是自由能量堆积形成的发散均分现象,这类似于“均分线段”。任意一个长度不为零的线段,无论将这个线段分成多少份,每一份都不会是长度为零的“点”,这个长度只能是趋于零而不等于零的线段。自由能量均分和线段均分性质是一样的,人类想找到最小的“自由能量粒子”和长度不为零的最小线段,都是不切实际的痴心妄想。

3. 波是否有粒子性?

用吹气球打个比方,来说明自由能量被释放在介质中形成波的均分减弱传播过程:在极短时间内,能量源释放一定量A的自由能量(类比为全部气球皮所含的原子量A),假设气球的充气膨胀是以球心固定不变而向四面八方扩张的,随着气球不断膨胀,气球皮会越来越薄,单位面积a内的原子量B就会越来越小。由于原子结构是不能够被任意拉伸的粒子,导致当B小于一个临界值时,就无法维持气球皮的相对连续性,气球就会直接破裂。

自由能量和原子结构(有形能量单元)最大的不同之处,在于自由能量没有最小结构单元,换句话就是,自由能量能够无限拉伸或者说无限细分,这是原子结构不具有的性质。如果把能量源释放的量为A的自由能量,像吹气球一样无限吹大,这个气球是不会破裂的,即是由自由能量构成的气球能够无限拉伸被吹大而不破裂,单位面积a内的自由能量B就会无限趋于零而不等于零。

这样再作一个假设,假设单位面积a为一个很小的值,就可认定自由能量B为能量粒子,即是构成“波”的自由能量,完全可以具有人类定义的粒子性。

自由能量无论分多少次,都不会变为零。线段无论分多少次,都不可能变成一个点。二者是同一个道理。即是,没有最小的自由能量,也没有最短的线段。

人类习惯了看原子结构物质的存在,误以为宇宙中一切客观能量存在都和原子结构类似,都具有一个固定的最小结构。这样的思维模式是有严重问题的,也不符合逻辑的严谨性。自由能量传递形成的波,具有粒子性,而这种粒子性是异于原子结构的粒子性的;前者是可以没有空间区域限制的无限细分拉伸的粒子性,而后者是禁锢在一定空间区域无法任意自由拉伸的粒子性。

4. 为什么波具有粒子性?

先提另外一个问题:在能量源周围介质均匀,能量源释放自由能量形成波,有没有只向一个方向传播的波?这个问题的答案不言自明,这和有没有单磁极磁铁的答案是一样的。

如果电磁波只向特定方向(而不是四面八方)传播,无线电通讯就无法实现。如果声音只向特定方向(而不是四面八方)传播,人类就无法实现语言沟通。

波总是在能量源释放自由能量以后,只要周围有介质,就不可能只向单一方向传播,这是宇宙客观事实。虽然,我们可以讨论一个方向传播的光、声,但是请时刻记住,波是向四面八方传播的;不要自以为是地认为,只有你所在的位置才有波传过来。

波是自由能量在介质中传播形成的,自由能量具有份性,只是当你离波源越近,这份能量越大;反之,当你离波源越远,这份能量越小。能量的份性,就可以被认定为波的粒子性。

因为,自由能量的传播过程,本身就体现出粒子性;所以,光的波粒二象性一点不相互违背,也没有什么神秘的之处。

5. 结论

肉眼看不见自由能量,肉眼只能看到原子结构物质。人类拿原子结构物质本身具有的强势空间占据性,去强行类比依托介质传播的自由能量形成的“波”,是不客观的。

波本身具有波粒二象性,这是原子结构形成的宏观物体所不具有的。由原子结构形成的宏观物体,也具有波不具有的空间强势占据性。波和宏观物体是两种不同形式的宇宙能量现象,不能不加以区分地相提并论。波能够无限分身,而宏观物体不具有这样的能力。宏观物体能够具有实实在在的形体,而波不可能具有这样的性质。这就是宇宙大道的高妙之处。

 

我们所感知的世界,只是客观真实世界的一小部分,然而就算是感知的这一小部分,也会被我们人类按照自己的大脑思维惯性而曲解。这正说明了,我们要正确客观认识我们所赖以生存的地球及宇宙,就只能靠我们的不被假象所迷惑的客观的科学的“心”去感受。

作为一个客观的理智的科学工作者,我们必须摒除个人意识偏见,用客观的科学的实事求是的态度,去对待我们所做的每一项研究工作。只有这样,我们才可能不会因为我们个人认知标准不同的原因,去误导人类大众的认知标准。

 

科学分析,不求大同。不足之处请客观指正,谢谢!

 

陈军

2021年12月16日

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11 条回复 A文章作者 M管理员
  1. 南极的那只企鹅

    电磁波应该可以反重力吧

  2. Liu

    先收藏再说

    • 紫薇圣人

      感谢支持,欢迎交流探讨。

  3. 紫薇圣人

    感谢留言,说地非常中肯。讨论问题,首先要把“概念”弄明白,把概念弄清楚明了,才能进行进一步的探讨。
    本文主要产生“波”是什么,以及波为什么具有玻粒二象性的性质。
    希望更多人进行问题的本质探讨。

  4. 这篇文章更多想概念的阐述

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