主题：【讨论】大讨论“光的波粒二象性”

对光的认识也在不段加深，未来说不定会有新的理论去解释光的波粒二像性。

也许会有三相性？

比如我们习惯的三维空间，再加上时间就是四维空间。

但是更高维的空间呢?

四维空间，只是我们可以直观感觉到的

就像波和粒子，都是我们直观可以想到的，也许还有我们难以想到的。

“光”到底是什么？！



爱因斯坦认为光量子概念是他一生中所提出的最具革命性的思想，

他却曾说：“整整五十年的自觉思考, 没有使我更接近于解答‘光量子是什么’这个问题。的确, 现在每一个无赖都相信, 他懂得它, 可是他在骗他自己“。

但是，总结历年来，大量实验事实和理论分析，现在，光子的基本特性已经十分清楚了！爱因斯坦若仍活着，也应相信, 他懂得它, 而不是他在骗他自己的！



人们对光的有些性质 (如直线进行，光电效应，康普顿效应，等) 必须用光是粒子才能解释，可以说光是粒子。而对其另外一些性质 (如干涉，绕射，等) 又必须用光是波才能解释，因而不得不采用光既是粒子又是波的所谓“2象性”来解释。进而还发现电子等微观粒子也可有衍射现象，这种“2象性”还普遍适用于一切微观物质。



“单个粒子既是粒子又是波”的这种观点本身就是无法自圆其说的矛盾。

虽早有玻恩(M.Born)和原苏联布洛欣采夫(Д.И.Блохинцев)学派提出，将微观粒子的波函数解释为：“在已知时间和地点找到该粒子的机率”，对微观粒子作统计描述的正确观点。

但是，通常3维空间的统计，并不能具体证实这种结论。



我们由4维时空位置1-线矢和动量1-线矢组成的“相宇”，分别对具有实物粒子和光子特性的大量微观粒子进行统计，都得到相应的4维时空“最可几分布函数”，也就都是通常的波函数。

因而就具体证明了：一切“波”都只是大量微观粒子的集体表现或统计结果；并非单个粒子的特性。一切单个粒子(包括单个的光子和电子)的运动特性都是宏观可观测的，无须区分为宏观粒子与微观粒子，而对于大量的同种粒子，由于 所观测的只是大量同种粒子的统计结果或集体表现 才是所谓的“波”。

所谓“微观粒子”只是作为大量同种粒子的统计结果或集体表现的个体代表。



从弱电子流衍射和弱光衍射的实验，所显示的衍射图像，都显示出是由各点逐次随机累积形成的。因而也从实验证实了：这种“波的特性”，只是大量粒子的统计效应。



带电体（分别带有正或负电荷的粒子或物体）在电磁场中激起电磁波。带电粒子本身只是在其所在介质中原有位置附近作相应的振荡运动，而电磁波才在其所在介质中以光速传播。

电磁波是大量光子的集体表现。光子是：带电粒子由较高能态的激发态跃迁成为较低能态的，而放射出的具有相应频率的一种粒子（较低能态的带电粒子或物体吸收各相应频率的光子也会成为较高能态。

光子因其大量统计形成的“波”的频率的不同，而包括：X光、紫外线、可见光、红外线、乃至热辐射，而各相应频率的大量光子在相应介质中以在该介质中的相应光速运动。

这些大量光子的运动规律，既可由电磁波动方程的解表达；又可由它们分别按4维时空位置1-线矢和动量1-线矢组成的“相宇”进行统计得到的4维时空“最可几分布函数”(即：通常的波函数)表达。



在真空中，光子仍可在相应的电磁场中以相应的光速运动，而在有实物粒子存在的介质中，还因光子在传播过程中，有实物粒子对光子的吸收和发射的传递运动的参与、延迟，而使介质中产生电磁的变化和电流运动，相应的光速也因而应是真空中的光速乘以所在介质的折射率。



按照狭义相对论：一切粒子的运动质量都可表达为：

运动质量=静止质量/该粒子的4维时空速度=静止质量/(1-(该粒子的4维时空速度在3维空间的分量/4维时空光速在3维空间的分量)平方)平方根。



对于光子：4维时空速度=0，静止质量=0（没有静止的光子。运动质量的关系式仍然有意义）,但其运动质量必须联系到大量光子，由其频率才能确定，即：运动质量=h(普朗克(Plank)常数)光子频率/(4维时空光速在3维空间的分量)平方。



因此，“光子”是具有如上特性的，不同于实物粒子和声子的一种“粒子”。




学者吴中祥 发表于2009-10-30 19:39:08

物质波是概率波。

粒子性和波动性的统一处在于：波动性是粒子的统计表现。

矛盾统一？是不是挺符合哲学观点的。

相宇，好像见过这个名词。

真希望能搞懂这些。

nemoium先生知识面很广,更深的问题得须向各位多讲解.谢谢!

atlas先生描述的问题的确如此(两象重叠，用粒子性学说观点，光子数应当是m+n，既大于m也大于n，也就是说重合区域要比P1或P2象都要亮！既然有黑色条纹，粒子说自然解释不了！).但P1.P2两象叠加确是出现的是黒色条纹,这又怎样来解释呢?

原文由 祥子(nemoium) 发表:

原文由 tutm(tutm) 发表:
练一下描述和表达

确实，确实，楼主，听你说话，真的挺累的。

你自己不想吸收新的东西,只认为已有的知识的正确性,当然感觉挺累嘛!

原文由 63525867123(63525867123) 发表:

atlas先生描述的问题的确如此(两象重叠，用粒子性学说观点，光子数应当是m+n，既大于m也大于n，也就是说重合区域要比P1或P2象都要亮！既然有黑色条纹，粒子说自然解释不了！).但P1.P2两象叠加确是出现的是黒色条纹,这又怎样来解释呢?

不是大家不相信你，只是这是你画出来的。

事实胜于雄辩，如果你用实验做出来，那我也会哑口无言。

tutm老师

理解的是你做出来的实验可信度要高些.
不过请问一下tutm老师,在你前实验演示中,发光体不同的情况下,P1.P2两象出现叠加和不出现叠加现象.如果把杨氏实验上的发光体也改成一面光源,实验结果各条纹同样不会出现,你是否也说:那是“小孔成像”的结果，因此没必要在波动方向上讨论了。:

附件里是楼主提到的甘永超教授的一篇文章：

《波粒二象性研究中的历史学与方法论思考》

摘要：



里面提到的实验如下：



甘用超教授用这个实验是为了证明：在经典条件下，光的经典电磁理论和光的量子理论哪个更精确。

这篇文章是甘永超教授2002年发表的。

甘永超教授和郭光灿院士的论战好像是2010年后半年开始。这么长时间，这个实验为什么做不成。

“仅花费百万就可能给国家带来一个诺贝尔奖获得者的判决实验值不值得做？”

这个实验要花费百万。

郭光灿院士是中科院量子信息重点实验室主任。据称是中国量子光学之父。

显然，甘永超教授这么多年都没弄到这笔资金来做这个实验。也好像一直没人关注他的这个实验。

甘永超教授和郭光灿院士的论战好像也主要是针对这个实验的结论的。

在“郭光灿院士委托苏湛、曹鹏、汪淏田给甘永超的答辩信”中，有如下信息：

1. 对于逆康普顿散射的问题：

我们仔细研究了一下你文章中的公式的推导并且发现你的经典的逆康普顿散射公式使用了一个假定：就是在初始电子静止的坐标系下，光被散射后频率不变。在经典电磁理论中，是需要加上一些近似条件，才可以得出这个结论，详细分析见附件的文章中。甘先生使用的其实是历史上的汤姆生散射的结论，该过程可以由经典电磁理论来近似解释。但是汤姆生散射实际上是康普顿散射的低能极限，是忽略散射造成的电子反冲的碰撞。所以，经典的电磁理论并不能够精确的求解这个问题，只能说在我们所需要的精度下，在入射光能量较小，波长较长的情况下，电子的反冲可以忽略，经典电磁理论对描述这个过程是适用的。这方面的内容甘先生可以参考徐克尊，陈向军老师的近代物理学P222-P226。

从甘永超的《波粒二象性研究中的历史学与方法论思考》可以看出，上面蓝色字体回复中，提到的公式，大概如下：


对于公式4和5，郭光灿院士阵营，认为是存在问题的。

而甘永超教授的实验正是建立在公式4和5上的。如下图：



所以，郭光灿院士就是有这个实验条件，也大概不会去做的。

这个也能从“郭光灿院士委托苏湛、曹鹏、汪淏田给甘永超的答辩信”中看出：

3. “经典条件下，光的量子理论比光的经典电磁理论更为精确”的实验证据
对于甘先生提出的“经典条件下，光的量子理论比光的经典电磁理论更为精确”的实验证据，我们认为黑体辐射的研究可以作为一个例子。

所以，郭光灿院士显然不会去考虑甘永超教授的实验。

就我这个外行来看，甘永超教授的理论深入程度，和郭光灿院士阵营相比，还有一些差距。

可以感到甘永超教授有些力不从心了。

至于诺贝尔奖，那是浮云。其实，看一些诺贝将获得者的采访录，他们都是说“没想到”。如果是奔着诺尔奖去，不是让诺贝尔奖更功利化了吗？

就像诺贝尔和平奖，已经是政治工具了。

感觉在这些最前沿的科学上，理论争论还是非常激烈的，而且谁也不服谁。只有实验才能揭开真相，这也是不惜耗巨资来建立欧洲大型强子对撞机的原因吧。