物理光现象的1500论文

1、物理光现象的1500论文【摘要】对于光的本性的认识，多年来始终存在着激烈的争论，本文试图从微粒 说的角度来简要的探讨一下光的本性，希望与广大同行共勉。【关键词】光、本性、微粒许多学者在解释一些现象如干涉和衍射时人们就用波动说去解释，而对另一些 现象如光电效应就用微粒说去说明。这种既是微粒又是波的存在，观念上确实叫 人们不容易接受，其原因是到现在为止还没有一种理论能很好地把波动和微粒统 一在一个模式下。假设有一个光源，1，在，1前放置一块屏幕，从S1发出的光 (光子)会将整个屏幕均匀的照亮。我们知道，屏幕的亮度是与落在屏幕上面的光 子数的多少有关的。严格地说，屏幕的亮度是以垂直于屏幕的光线与屏幕

2、的交点 为中心向四周逐渐变暗的。但这种变化决不是机率问题。证明如下:把S1放在一 个半径为R1的球的中心，假设S1在单位时间里发射出N个光子则单位球面积 上所接受的光子数等于光子数N除以球的总面积4R12，如果把球的半径由R1 变为R2(R2R1)，则在单位球面积上所接受的光子数就变为N除以4nR22 , 由于R2大于R1,所以半径为R1的球在单位球面积上接受的光子数大于R2球 单位面积上的光子数。这就是为什么屏幕上的亮度。在垂直两个光源的平面上出现了明暗相间的圆环，而在平行两个光源的平面上， 则出现了明暗相间的条纹，这就是人们所说的光的干涉条纹。因为干涉现象是波 动的最主要特征，所以这也就成

3、了光具有波动性的最有力证据之一。我们知道机 械波是振动在媒质中的传播，当有两列相干波源存在时，媒质中任意一点的振动 是两列波各自到达这一点时波的叠加。当到达这一点的两列波的相位相同时，则 在这一点上的振幅最大，如果两列波的相位相差180?0?时，则振动的振幅相互 抵消，这样就形成了有规则的干涉条纹。经典光学正是套用机械波的方法证明光 的干涉条纹的，而传播光的媒质以太已被证明是根本不存在的，这样用机械波的 方法证明光的干涉条纹也就显得比较牵强。量子力学在解释干涉条纹时则采用的是机率波的方法，认为亮的地方是光子出 现机率多的地方，暗的地方则是光子出现机率少的地方。问题是当只有一个光源 时，光子是均

4、匀分布在屏幕上的，而当存在另一个相干光源时，按照量子理论现 象的两种正统解释方法。我们对于光本性的认识是否还存在其它我们没有考虑到 的因素，是否还存在其它的证明方法来统一光的波粒二象性即用一种理论解释来 解释波动性和粒子性呢？为了找到这种新的理论，在此我们不得不在现有光量子理论基础上进行一些必 要的修正即单个光量子的能量是变化的，光子的能量和质量是相互转化的，转化 的频率就是光的频率。频率快光子的能量大质量小，相反，频率慢则光子的能量 小质量大，这样光子在空间所走的路程就形成了一条类波的轨迹。在论证光的干 涉现象之前，我们先对光源进行定义。单频率点光源-频率单一且所有光子在离 开光源时的状态(

5、相位)都相同。单频率点光源具有这样两个特点，其一在足巨光源 某一点的空间位置上，光子的状态不随时间变化。其二光子的状态随距点光源的距离作周期变化。光的波长指的是光子在一个周期的时间内在空间运行 的距离。光程差为零(m=0)的各点的轨迹是过S1S2中点的一条直线。由它绕XO旋转 而成的将是一个平面。在这种情况下，这五条曲线绕XO旋转而产生五个曲面， 这五个曲面将S1和S2两光源所形成的能量场分成了 6个左右对称的无限延伸的能量空间。屏幕上亮线将出现在屏幕与诸双曲面相交的那些曲线的任何所在位 置上。如果两点光源间的距离是许多个波长，则将存在许多曲面，在这些曲面上 各光子相互加强。因而在平行于两光源

6、连线的屏幕上，将形成许多明暗相间的双 曲线（几平是直线）干涉条纹。而在垂直于两光源连线的屏幕上将形成许多明暗相 间的圆形干涉条纹。两条相邻的明条纹之间的关系是光程差相差一个，暗条纹与 相邻明条纹之间相差1/2。干涉条纹从明到暗再到明之间的相位变化是从同相到 相差1800相位再到同相。为了检验以上的设想是否正确，这里我结合光的干涉 实验和光电效应实验设计了一个简单实验。第一步用光干涉仪产生明暗相间的干 涉条纹。第二步将光电管依次放在从明到暗条纹的不同位置上，当然采用的单色 光源频率要在临阈频率之上，观察产生光电子动能的大小。如果按照现有光量子 理论，光电子的动能应该是不变的，原因是光子的能量只与光的频率有关而与光 的亮度无关，干涉后光的频率并没有变化，所以与光的亮度无关，干涉后光的频 率并没有变化，所以在从明到暗的条纹上，测得的光电子的动能应该是不变的。 再从量子理论的观点来分析，明亮的地方光子出现的机率大，暗的地方光子出现 的机率小，明暗只是单位面积上光子数不同而已，光子的动能并没有改变，所以 结论也是光电子的动能不变。而我的结论则是在从明到暗的干涉条纹上光子数是 一样的，产生的光电子的动能是从大到小连续变化的。如果实验的结果