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光是粒子，它是电磁波吗？
上一篇 / 下一篇 2009-01-15 22:00:47 / 个人分类：自然科学
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《光的本质》系列探讨之四
光是粒子，它是电磁波吗？
篇首语：
在二十世纪中，科学家们把光一直划归为电磁波，在认识上一直认为它是一种波动，其传播仍然是靠介质的，比如光密媒质、光疏媒质，在十九世纪以前，人们一直认为传播光的媒质是“以太”，“以太”这种介质被实验证明是不存在的以后，由于人们的“惯性”思维习惯，一直没有调整过来。包括爱因斯坦提出光子说以后，他对光的本质也没有彻底搞清楚，比如把声波在空气中的传播速度与声源是否在移动没有关系的经验，应用到光的传播上，提出了一个“光速不变原理”，这个原理是很难站住脚的，不仅在数学是讲不通，而且在物理上也是荒谬的，什么是科学，科学就是道理，如果哪个道理是真的，那它就是真理，如果哪个道理是讲不通的，它就不能够称为真理，科学是实实在在的学问，来不得半点的虚假，人类应该永远为探寻真理而奋斗！（注：双击插图可以看清楚图）
正文
十九世纪末，光压的发现使光的粒子说复活，但是在实验中出现的许多光的“波动”现象，人们一时还搞不清楚，但是又没有办法否认它的粒子性，因此在认识上，就认为它都具有波粒二象性，光是波粒二象性的典型，把光归类于电磁波，这样似乎把问题又有些复杂化了，下面我们讨论光到底是不是电磁波的问题。
一、电磁波的产生
根据电磁波理论，变化的电场能够在它的周围产生变化的磁场，而变化的磁场又可以在其周围产生变化的电场，这样在变化的周围空间能够形成一个电磁场，并且由近及远的传播而形成电磁波，其产生机理如图（4—1）所示。
首先是由一个初级线圈L1和电容器C1组成一个振荡电路，（或者在C1处加一个变化的交变电讯号），如图（4—1a）所示，振荡电讯号通过铁芯转变为振荡的磁变化，振荡的磁变化在次级线圈中感应为振荡的电信号，次级线圈的一端连接在发射天线上，另一端接地，在天线上就会形成一个按振荡频率变化的正负变化的电讯号，这样，就可以在天线上发射电磁波了，电磁波的发射示意图如图（4—1b）所示。
实际上，在发射天线上得到的是按一定频率变化的电讯号，因为，带电体能够向外发射“电场作用线”，所以，在发射天线上就会出现一个向外发射正电性和负电性按振动频率变化的电场作用线，这种变化的电场作用线对金属体的自由电子，或者是空间中的自由电荷产生电力的作用，使这种自由电电荷产生“受迫振动”振动，电子振动其外围电力线随之而做横向位移式的振动，电力线横向位移能够产生磁，从而形成了电磁波，电磁波的传递速度也就是电场作用线向外发射的速度，每秒30万公里（即光速）。因此，电磁波的传播速度与电讯号的振动频率没有关系。
二、电磁波理论的缺陷
在过去的研究中，理论上认为是振荡的电讯号能够产生变化的电场，变化的电场又会感应出变化的磁场，变化的磁场又在其周围感应出振荡的电场，由近及远形成电磁波，这样就存在有几个问题：一个是变化的电场信号在其周围空间“感应”出变化的磁场，那么，必须有能够磁化的介质，在真空中如何“感应”的出来？另一个是电场和磁场都是特殊的“物质”，既然是物质，物质怎么能够“感应”的出来呢？第三、既然是依靠感应而传播的，那么，传播速度就应该与 “感应频率”有关系，不可能没有影响，此外，它的传播机理主要是依靠“感应”，那么，电离层能够反射电磁波，这种反射应该是不受频率大小的影响，第四、低频率的电讯号也能够形成电磁波，实际上，电磁波的频率大到一定程度时才能够形成电磁波，这是为什么？第五、电磁波既然是靠感应传播的，为什么在海水中就不会感应了呢？
如何解释低频率不能形成电磁波的问题呢？还需要从自由电子的受迫振动谈起，金属实体中的自由电子需要有一个能够形成受迫振动的距离，即受迫振动的幅度，当变化的电讯号频率过低时，电子已经振动到金属体的边沿，不能够继续移动，因而就不存在电力线的继续横向位移，磁也就消失了，从接收角度讲，无线电的天线都是金属杆式的，要使金属杆中的自由电子能够充分的受迫振动，只有沿金属杆的长度方向传到的电磁波，能够在金属天线上形成有效讯号，因此，收音机的天线在接收讯号时，是有方向感的。第五个问题是，海水中不存在像金属体那样的自由电子，因而不能够形成受迫而横向位移振动的电力线，所以，电磁波在水中，是吧能够传播的，只能用机械振动讯号取代，那就是声呐讯号了。不过，电磁理论一开始，就是采用“波”去描述的，那么，它只是一种“强度波”，而非真正意义上的波！
在自然界中地球的上层空间，由于受到太阳的辐射，有能量比较大的光子与高层空间的空气分子发生碰撞，而打出绕核电子造成空气分子电离，也有大量的带电粒子与空气分子发生碰撞而造成空气分子电离，这样就会在地球的上层空间形成一个电离层，电离层中的电子是自由的，如果受到电磁波的电力作用，就会产生受迫振动，这种受迫振动能够产生反射波，如果电磁波的频率过高，自由电子由于惯性还没有产生“受迫振动”，电场作用线的方向已经改变了，此时，自由电子就不会振动了，反射波就会消失，可见，电离层不能够反射频率很高的电磁波，就是这个道理。如果电磁波确实是一种波，那么，它应该能够反射任何频率的波，并且反射波与入射波频率一致，实际上，并不是这么回事。
三、光不是电磁波
首先，电磁波的发射，需要用天线，而光的发射不是用天线；其次，光是电中性的物质微粒，而电磁波带电的，应该是正负相间的电力线，如图（4—2）所示。
在图（a）中，电磁波是一些正电性电力线和负电性电力线相间的射线，作用在金属体上，金属体中的自由电子产生受迫振动，其外围负电性电力线做横向位移式振动而产生磁力线，图中叉线表示穿入纸面的磁力线，黑点表示从纸面穿出的磁力线，因此，就形成了电磁波，图（b）是光源发光的示意图，光子是一些垂直于运动方向的短线，通过透明体时，基本上有四个方位是可以通过的，而在真空中方位就不受限制了。
光与电磁波相同的地方只有一点，光对于光源，速度是 30万公里/秒，电磁波对于发射天线，其位移速度也是30万公里/秒，因为它们的运动速度非常大，因此，具有很高的能量，由于光是粒子的，所以成为“能量粒子”， 根据质能联系定律E = mc2，质量大的光子，能量也越大，根据能量大小的不同，与物体发生碰撞，也产生不同的碰撞效果，本质上是与物质微观结构中的绕核电子发生碰撞，能量大的，能够穿透物体的深层，像医院的x光透视，就是这个道理，当然当它穿射人体时，能够于穿射过程中遇到的绕核电子发生碰撞，造成人体某些细胞的破坏，就是能量不很大的紫外线，也能够造成有机体和生命体分子结构的破坏，也是这个道理。
而电磁波是变化状态的场作用线，是带电的高速的物质流，只是它的颗粒度非常小，与带电体发生碰撞，只能使其受到作用力，虽然它也是物质性的，它的质量具有“不可测性”，在空间不占据位置，存在形态具有“不可视性”，与电荷碰撞时，是一个产生加速度的过程，体现出来的是一个“过程量”，符合力的特点，而光与电荷碰撞是一个一个的，是粒子性的，表现出来的是一个“状态量”，符合能量的特征，所以，光不是电磁波。
四、认识光的本质的意义
目前，人们没有意识到搞清楚光的本质的科学价值，就目前的能源紧张和长远的能源紧缺问题，在远距离输能的问题上，电磁波只能作为电讯号使用，而电力输送消耗很大，根据巴基斯坦统计，巴基斯坦电力在电路上的损耗占总发电量24.3%，我国有资料显示，电力输送损耗达到5-10%，最低端用户损耗甚至高达20-30%，而人们把光一直用于讯号的传递，建立的光缆，只是为信息高速公路服务，如果把它当作能源输送，利用多路光导纤维组成能源输送渠道，线路损耗可以降低到百分之一以下，而且能够利用太阳能，从节约能源来看，是一个非常有前途的能源输送思路。
二00八年十月二十日
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引用 删除 neutron / 2009-04-18 01:38:52
支持你关于光是粒子的说法，许多粒子都能产生机械波的特征，但还是粒子。 查看全部评论 -5 -3 -1 - +1 +3 +5
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光是粒子，它是电磁波吗？
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在二十世纪中，科学家们把光一直划归为电磁波，在认识上一直认为它是一种波动，其传播仍然是靠介质的，比如光密媒质、光疏媒质，在十九世纪以前，人们一直认为传播光的媒质是“以太”，“以太”这种介质被实验证明是不存在的以后，由于人们的“惯性”思维习惯，一直没有调整过来。包括爱因斯坦提出光子说以后，他对光的本质也没有彻底搞清楚，比如把声波在空气中的传播速度与声源是否在移动没有关系的经验，应用到光的传播上，提出了一个“光速不变原理”，这个原理是很难站住脚的，不仅在数学是讲不通，而且在物理上也是荒谬的，什么是科学，科学就是道理，如果哪个道理是真的，那它就是真理，如果哪个道理是讲不通的，它就不能够称为真理，科学是实实在在的学问，来不得半点的虚假，人类应该永远为探寻真理而奋斗！（注：双击插图可以看清楚图）
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一、电磁波的产生
根据电磁波理论，变化的电场能够在它的周围产生变化的磁场，而变化的磁场又可以在其周围产生变化的电场，这样在变化的周围空间能够形成一个电磁场，并且由近及远的传播而形成电磁波，其产生机理如图（4—1）所示。
首先是由一个初级线圈L1和电容器C1组成一个振荡电路，（或者在C1处加一个变化的交变电讯号），如图（4—1a）所示，振荡电讯号通过铁芯转变为振荡的磁变化，振荡的磁变化在次级线圈中感应为振荡的电信号，次级线圈的一端连接在发射天线上，另一端接地，在天线上就会形成一个按振荡频率变化的正负变化的电讯号，这样，就可以在天线上发射电磁波了，电磁波的发射示意图如图（4—1b）所示。
实际上，在发射天线上得到的是按一定频率变化的电讯号，因为，带电体能够向外发射“电场作用线”，所以，在发射天线上就会出现一个向外发射正电性和负电性按振动频率变化的电场作用线，这种变化的电场作用线对金属体的自由电子，或者是空间中的自由电荷产生电力的作用，使这种自由电电荷产生“受迫振动”振动，电子振动其外围电力线随之而做横向位移式的振动，电力线横向位移能够产生磁，从而形成了电磁波，电磁波的传递速度也就是电场作用线向外发射的速度，每秒30万公里（即光速）。因此，电磁波的传播速度与电讯号的振动频率没有关系。
二、电磁波理论的缺陷
在过去的研究中，理论上认为是振荡的电讯号能够产生变化的电场，变化的电场又会感应出变化的磁场，变化的磁场又在其周围感应出振荡的电场，由近及远形成电磁波，这样就存在有几个问题：一个是变化的电场信号在其周围空间“感应”出变化的磁场，那么，必须有能够磁化的介质，在真空中如何“感应”的出来？另一个是电场和磁场都是特殊的“物质”，既然是物质，物质怎么能够“感应”的出来呢？第三、既然是依靠感应而传播的，那么，传播速度就应该与 “感应频率”有关系，不可能没有影响，此外，它的传播机理主要是依靠“感应”，那么，电离层能够反射电磁波，这种反射应该是不受频率大小的影响，第四、低频率的电讯号也能够形成电磁波，实际上，电磁波的频率大到一定程度时才能够形成电磁波，这是为什么？第五、电磁波既然是靠感应传播的，为什么在海水中就不会感应了呢？
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