口 ＥＮ［Ｅ科 学 ・ 论 从光的波粒二象性谈起 文／ 刘泰祥 粒子性， 它们的适用范围是不同的， 即讨论 光与物质 （ 物体） 相互作用时粒子性有效， 引言 光是 粒子 还是波 ？科学 界争论 了几 讨论光在空间中的运动时波动性有效。 现代 物理学 还告诉 我们 ， 不论任 何 的， 即光 由粒 子组成 ， 称之 为光子。 光 子 的能量 （ Ｅ ） 可表示为 ： Ｅ ＝ ｈ ｖ 笔者认 为，“ 谐振 子”的概 念是普朗 克为理 解他 的黑体 辐射公 式而提 出的， 它 未必 是一 种真 实 的存 在 。因为 “ 谐 振 子” 无法被 直接观测 ， 实际上 我们是通过 观测 “ 谐 振 子”发 出的光 子 来 间接理 解 百年， 直 Ｎ２ ｏ 世纪２ ０ 年 代提 出 “ 波粒二 象 物 体 ， 构成 物体 的分 子或原 子之 间存 在 性” 后， 才告一段落。 然而波和粒子的解释 相互不协调 ， 自量 子论诞 生以来， 许多物 着 间隙、 原子核与电子之 间也存在 间隙等 等。 总之 ， 一个 物体就是 由悬浮于空间中 理学家 和哲学家都顽 强地拼 搏过这个问 题 ， 遗憾 的是都无 果而终。 虽然 “ 光具有 波粒二象性”己被 人们广泛接受 ， 但笔者 认为， 这仅是一种 限于当时 科技和认识水 平而被 迫妥协 的结果 ， 许多人将它视为一 个权宜之计， 而不是一个终极的答案。 １ ． 光束与单光子在干涉机制上 的矛 盾 的各级 粒子通 过不 同作 用关 系逐 级构成 的一个松散结 构的聚合体。 它 的。 换言 之 ，“ 谐 振 子”的能量 Ｅ 是通 过 它发 出的光 子的能量 Ｅ 反 映 出来 的。 如上所 述 ， 根据 接触 的相对性 原理 可见 ， Ｅ 与Ｅ 是 同一 个物理量 。 于是有： ［ 。 可知 ， 任何物体或粒子 间的相互作用都 Ｅ ｖ ＝ Ｅ ｒ ＝ ｎ￡ ｏ ＝ ｈ ｖ 是在一定 间隙 下通过 场 传递 的。 也 就 是 说， 无论一个光子与某个物体作用与否， 光子始终处于空 间之中。 而无论物体 内的 空 间还是 物体 外 的空 间， 它们 都是 整 个 上 式中， ０ 不再 是 “ 谐振子”中的能 量 子， 而应理 解为光子 中的能量子。由此 可知， 光 子的能量 Ｅ 是能量 子 ｏ 的整 数 倍。 换言之 ， 光子 是由若 干能 量子 ｅ 。 构成 在科学 界， 杨 氏双缝 干涉实验被 视 为光 具有 波动性 的关键 证据 ， 单 粒子的 双缝 干涉 实验被 视为粒子具有 波动性的 连 续空 间的一 部 分， 光 的粒 子性 和波 动 性在 空间上 的精确 分界 线应在 哪个位 置 呢？ 显然 ， 从连 续空 间的角度看， 这个 分 的， 光子所含 能量子 的数 量越多， 光子的 能量就越高， 在真空中它 的转动频率也越 高。 有力证据 。 理性 比较光 束和单光 子的双 缝实验 界 线并不存在。 可见 ，“ 光具有 波动性 质”的结论是 可见 ， 光 的本 性 是 粒子。光 的所 谓 “ 波动性 ”的粒子 解释 详见 笔者撰 写的 不难 发现 ， 前者的解 释是 通 过双 缝后的 令人怀疑的。 （ （ 系统相对 论》相关章节 ， 限于 篇幅， 不 不 同光子之 间发生干涉， 而后者 的解释是 同一个光子同时通过双缝后与 自身干涉。 ３ ． 对 普 朗克 “ 谐 振子 ”中的 “ 能量 子”的推导 作赘述 。 目 显然， 对 于 同一 套实 验 装置 产生的干涉 条纹 出现了两种完全不同的干涉机制。 难 道 自然界为我 们准备了多套 干涉 方式， 以供我们根据需要来任意选择吗？ 面对上 述两 种实 验事 实 ， 显 然我们 已经 陷入干涉机制的解释 困境之中。 ２ ． 光的波粒二象性在适用范围上的 矛盾 １ ９ ０ ０ 年， 普 朗克从 适用于 高频的维 恩位移定律 和适用 于低频 的瑞利 一琼斯 分布 公式 ， 拟合 出了普 朗克黑 体 辐射公 式。 为了给出公式的解释， 普朗克认为， 产 参考文献 ［ １ ］杨桂林 ， 江兴方， 柯善 哲． 近代 物理 ［ Ｍ】 ． 北京： 科学出版社 ， ２ ０ ０ ９ ： １ ８ — １ ９ ． ｆ ２ １ 刘泰 祥 统相 对论 ［ Ｍ］ ． 北京 科学 生电磁波 的源可看成 是 “ 谐 振子”， 进而 技 术文献出版社， ２ ０ １ ２ ： １ ８ 假设谐振 子的振动能量 （ Ｅ ） 只可能取离 散值， 即： Ｅ ｒ ＝ ｎ ｈ ｖ ｏ ＝ ｎ Ｅ ０ 与此 不 同， ｌ ９ ０ ５ 年 爱 因斯 坦为 了解 作者 简介 ： 刘泰祥 （ １ ９ ６ ９ ～） 山东莱芜 人， 高级工程师， 研 究方向： 理论物理 。 责编／ 庞贝 现代物理学认为， 对于光的波动性和 释 光 电效 应 ， 假 设 电磁 波 本身是 量子 化 ７ ６
口 ＥＮ［Ｅ科 学 ・ 论 从光的波粒二象性谈起 文／ 刘泰祥 粒子性， 它们的适用范围是不同的， 即讨论 光与物质 （ 物体） 相互作用时粒子性有效， 引言 光是 粒子 还是波 ？科学 界争论 了几 讨论光在空间中的运动时波动性有效。 现代 物理学 还告诉 我们 ， 不论任 何 的， 即光 由粒 子组成 ， 称之 为光子。 光 子 的能量 （ Ｅ ） 可表示为 ： Ｅ ＝ ｈ ｖ 笔者认 为，“ 谐振 子”的概 念是普朗 克为理 解他 的黑体 辐射公 式而提 出的， 它 未必 是一 种真 实 的存 在 。因为 “ 谐 振 子” 无法被 直接观测 ， 实际上 我们是通过 观测 “ 谐 振 子”发 出的光 子 来 间接理 解 百年， 直 Ｎ２ ｏ 世纪２ ０ 年 代提 出 “ 波粒二 象 物 体 ， 构成 物体 的分 子或原 子之 间存 在 性” 后， 才告一段落。 然而波和粒子的解释 相互不协调 ， 自量 子论诞 生以来， 许多物 着 间隙、 原子核与电子之 间也存在 间隙等 等。 总之 ， 一个 物体就是 由悬浮于空间中 理学家 和哲学家都顽 强地拼 搏过这个问 题 ， 遗憾 的是都无 果而终。 虽然 “ 光具有 波粒二象性”己被 人们广泛接受 ， 但笔者 认为， 这仅是一种 限于当时 科技和认识水 平而被 迫妥协 的结果 ， 许多人将它视为一 个权宜之计， 而不是一个终极的答案。 １ ． 光束与单光子在干涉机制上 的矛 盾 的各级 粒子通 过不 同作 用关 系逐 级构成 的一个松散结 构的聚合体。 它 的。 换言 之 ，“ 谐 振 子”的能量 Ｅ 是通 过 它发 出的光 子的能量 Ｅ 反 映 出来 的。 如上所 述 ， 根据 接触 的相对性 原理 可见 ， Ｅ 与Ｅ 是 同一 个物理量 。 于是有： ［ 。 可知 ， 任何物体或粒子 间的相互作用都 Ｅ ｖ ＝ Ｅ ｒ ＝ ｎ￡ ｏ ＝ ｈ ｖ 是在一定 间隙 下通过 场 传递 的。 也 就 是 说， 无论一个光子与某个物体作用与否， 光子始终处于空 间之中。 而无论物体 内的 空 间还是 物体 外 的空 间， 它们 都是 整 个 上 式中， ０ 不再 是 “ 谐振子”中的能 量 子， 而应理 解为光子 中的能量子。由此 可知， 光 子的能量 Ｅ 是能量 子 ｏ 的整 数 倍。 换言之 ， 光子 是由若 干能 量子 ｅ 。 构成 在科学 界， 杨 氏双缝 干涉实验被 视 为光 具有 波动性 的关键 证据 ， 单 粒子的 双缝 干涉 实验被 视为粒子具有 波动性的 连 续空 间的一 部 分， 光 的粒 子性 和波 动 性在 空间上 的精确 分界 线应在 哪个位 置 呢？ 显然 ， 从连 续空 间的角度看， 这个 分 的， 光子所含 能量子 的数 量越多， 光子的 能量就越高， 在真空中它 的转动频率也越 高。 有力证据 。 理性 比较光 束和单光 子的双 缝实验 界 线并不存在。 可见 ，“ 光具有 波动性 质”的结论是 可见 ， 光 的本 性 是 粒子。光 的所 谓 “ 波动性 ”的粒子 解释 详见 笔者撰 写的 不难 发现 ， 前者的解 释是 通 过双 缝后的 令人怀疑的。 （ （ 系统相对 论》相关章节 ， 限于 篇幅， 不 不 同光子之 间发生干涉， 而后者 的解释是 同一个光子同时通过双缝后与 自身干涉。 ３ ． 对 普 朗克 “ 谐 振子 ”中的 “ 能量 子”的推导 作赘述 。 目 显然， 对 于 同一 套实 验 装置 产生的干涉 条纹 出现了两种完全不同的干涉机制。 难 道 自然界为我 们准备了多套 干涉 方式， 以供我们根据需要来任意选择吗？ 面对上 述两 种实 验事 实 ， 显 然我们 已经 陷入干涉机制的解释 困境之中。 ２ ． 光的波粒二象性在适用范围上的 矛盾 １ ９ ０ ０ 年， 普 朗克从 适用于 高频的维 恩位移定律 和适用 于低频 的瑞利 一琼斯 分布 公式 ， 拟合 出了普 朗克黑 体 辐射公 式。 为了给出公式的解释， 普朗克认为， 产 参考文献 ［ １ ］杨桂林 ， 江兴方， 柯善 哲． 近代 物理 ［ Ｍ】 ． 北京： 科学出版社 ， ２ ０ ０ ９ ： １ ８ — １ ９ ． ｆ ２ １ 刘泰 祥 统相 对论 ［ Ｍ］ ． 北京 科学 生电磁波 的源可看成 是 “ 谐 振子”， 进而 技 术文献出版社， ２ ０ １ ２ ： １ ８ 假设谐振 子的振动能量 （ Ｅ ） 只可能取离 散值， 即： Ｅ ｒ ＝ ｎ ｈ ｖ ｏ ＝ ｎ Ｅ ０ 与此 不 同， ｌ ９ ０ ５ 年 爱 因斯 坦为 了解 作者 简介 ： 刘泰祥 （ １ ９ ６ ９ ～） 山东莱芜 人， 高级工程师， 研 究方向： 理论物理 。 责编／ 庞贝 现代物理学认为， 对于光的波动性和 释 光 电效 应 ， 假 设 电磁 波 本身是 量子 化 ７ ６