第五章關於對光線的本質提出的一個全新模型
字數:4984 加入書籤
qzone.io,最快更新純物質世界 !
接下來是視覺係統,對於一個正常人來說,視覺係統要比聽覺係統重要的多,從一件事情上可以體現出來,如喪失聽覺係統的人,基本上具備自理生活的能力,而喪失視覺係統的人,許多事要借助別人的照顧才能正常的生存下去。
而且在普通人群中判別一個事物是否屬於“物質”,95%取決於它是否能被視覺係統識別,看不見的事物通常會被認定屬於“虛無”,如很久以前,人類認為空氣是虛無的,直到後來有人發現空氣裏存在氧氣、二氧化碳等氣體後,才認定空氣屬於物質。
看不見的事物就歸屬於虛無。幾乎絕大多數科研方麵的人始終不從科學發展史中吸取教訓,讓這種低級錯誤一而再、再而三的在科學領域重複性的上演。
人的覺係統指的就是人的眼睛,參與到視覺係統中的物質是光。所以這裏我們主要探討的就是“光”。
小時候對“光”這種東西沒有太多認識,幾乎沒有對光進行過深度思考。我第一次真正對光產生興趣還是在初中的物理課裏,那時初次接觸光學,第一次知道人眼之所以看見物體,通常是因為光線照射到物體上,反射到人的眼球,然後被人感知到,陽光照射到地球需要8分鍾多的時間,我們在地球上看到的太陽,實際是太陽八分鍾多以前的樣子。我這才意識到,光原來是一種物質,它具有一定的速度!對於我來時這是一個非常有趣的事。
後來接觸光學久了,我對它的興趣越來越濃厚,這本書裏的內容很大程度上跟光學有關,是對基礎光學概念進行一次大的洗牌,再從對光學的重新定義出提出新的理念。我不敢確保我的理念絕對正確,但感覺上我有99。99%的把握自信的預言,從這本書受到到10年內,世界範圍內的物理教材會因為下麵你所看到的推論進行全麵性、係統性的修訂。留0。01%是給我留個退路,萬一錯了也好給自己找個台階下,哈哈哈哈,我太狡猾了!
第一次對光學產生質疑,源於光的基本概念,即課本裏指出“光既是一種波,也是一種粒子”。光是由光子(光粒子)組成的,所以可以說光是一種粒子。光具有衍射和幹涉現象,所以說光是一種波。那麽問題來了,光子是受到怎樣的力才會一上一下的向前運動?
不管現在正在看書的你屬於哪個領域,也不管你對光學的思考或深或淺,我敢確信的是你無法解釋這個問題,因為我翻閱了很多資料,發現壓根就沒有人站出來說清這個問題,各種理論裏都隻是一遍又一遍的強調實驗現象,把這種概念強行灌輸給學者。光是沿著直線傳播,那麽按理來說光子也應該是沿著直線傳播,可事實是光子卻蜿蜒著向前運動,這就是關於光的“波動論”與“粒子論”的核心矛盾所在。這種矛盾的最終結果是物理學家們相互妥協,避而不談這種矛盾,勉強認為兩者都對。作為一名頑固不化的理性分子,我當然不會像他們一樣輕易妥協,所以這個矛盾像是一隻卡在我嗓子裏的蒼蠅,從初中一直伴隨到高中……
第二個對光學的概念產生質疑,是對光線在傳播上產生的質疑,在高中物理中提出“光的傳播不需要介質”。這都是些什麽理論,我好不容易才把光線在不同介質中的折射角度搞清楚,好應付物理考試,你又忽然告訴我光的傳播不需要介質,我大吐一口獻血,逗我玩是吧!要是光的傳播不需要介質,那隻有兩種情況,一種是光可以穿透任何物體,事實這不可能;另一種是它無法穿過任何物體,這更不可能,所以我堅信“光的傳播不需要介質”這種說法肯定是錯誤的!可我也說不清光在真空中到底是依托什麽物質傳播,我又給我嗓子裏添了一隻蒼蠅……
後來課本上提出了“光電效應”,我清楚的光的產生原因,隱約感覺這兩個困惑了我好幾年的難題都將解開……
我疏通了一下關鍵點以及我長期的思考方向,可以概括為三點:
1、光的波動論和粒子論在實驗現象上適用,但在本質上存在嚴重的理論矛盾。
2、光能在真空中傳播,多數機械波無法在真空中傳播。可能光波有別於通常我們所見的“機械波”,不可以用看待機械波的想法去考慮光波模式。
3、可見光隻能在原子內產生,產生可見光的地方肯定牽扯到原子。
綜合這三點,學過“光電效應”後我又想了好幾個星期,我把各種想法捋了捋,總算在高二的一個陽光明媚的中午,把關於光學的各種亂成一團的矛盾捋順了,想到了光子構成光的模式。這種模式可以很好的融合上麵提出的三點!
思考的過程很繁瑣,因為是從初中到高中一直持續了好幾年。我在這裏直接說我推測出的模式(我是受到光電效應的啟發想到的,所以在此之前你最好先好好了解一下光電效應):
假設有一個原子,它是由一個原子核和一個核外電子組成,電子圍繞著原子核做圓周運動。由於某種原因,電子內部能量過高,它表麵解體出一粒粒很小的塊狀,這些塊狀物脫離了電子的束縛飛了出去。每一小塊其實就是一個光子,在光子一個個連續不斷地沿直線向外飛出的同時,電子仍以極快的速度圍繞著原子核旋轉。光子從電子表麵不斷的噴出,電子的質量變小,受力平衡發生改變,電子圍繞著原子核的旋轉半徑變小,直至電子表麵不再發生解體,不再產生光子。電子完成了一次從高能軌道向低能軌道躍遷的過程,此刻在空間內,那些沿直線飛出的單個光子排列在一起,在三維空間內構成了有規律、不規則的螺旋狀組合,像一根很長、很細的彈簧,即單條光線,以光速在空間內運動,大量的單條光線聚集在一起形成“光“。
如果你覺得不好理解,那我把這個過程放大數倍,舉個類似的例子:假設地球就是那個原子核,月球就是那個核外電子,月亮圍繞著地球不停的旋轉。由於某種原因(比如太陽照射到月球的熱量嚴重過高),月亮內部能量增大,月亮表麵出現一個火山,熔漿以快到不可思議的速度連續不斷地從火山口噴出,由於速度太快,熔漿脫離了月球引力的束縛,沿直線噴進了外太空。在噴射熔漿的同時,月亮一直圍繞著地球旋轉。月亮連續噴射熔漿持續了數萬年之久,月亮的質量變小,受力平衡發生變化,月球繞地球的旋轉半徑變小,月亮離太陽的距離變大,太陽照射到月球表麵的熱量變少,月球表麵的火山不再噴發。此刻,噴射進太空的熔漿排列在一起,在太空內構成了有規律、不規則的螺旋狀組合,急速遠離太陽係!
兩個模式的本質相同,不同的是在地球和月亮之間,完成這個過程要數萬年,甚至更久,而在原子核和電子之間,完成這個過程是一瞬間的事!
我想過很多種模式,但唯獨這種模式能夠非常完美的解決基礎光學裏讓人避而不談的所有矛盾。
如光的“波動說”與“粒子論”間的矛盾。我們不能用“機械波”的理念去認識“光波”,例如機械波的一種形式為“水波”,在水波的橫波中,能量子從一個水分子轉移到另一個水分子上,單個水分子隻在二維平麵內一上一下振蕩,能量傳遞過後,最終水分子還會回到產生振蕩前的位置。但光波中光子跟水分子的運行形式完全不同,在整個過程中光子始終是向前沿直線運動,產生“波形”,是因為所有光子是從繞原子核旋轉的電子中產生的。
對於光的傳播需不需要介質這個問題,就更顯而易見。在物理學中所說的介質,細想一下,基本都是機械波的範疇。機械波中,實質上介質傳遞的是能量(為了完善光的傳播需不需要介質這個問題,我對於“機械波”產生的本質從大學一直想到現在,還是想不出它究竟是一種怎麽的模式,勉強得說它是在傳遞能量子),顯然在我所提出的模式中,由光子所形成的“波”,這種“波”並沒有能量的傳遞,隻是光子排列出的一種固有形態,所以何談“光的傳播是否需要介質”?這個問題本身就是個錯誤的命題,根本就是個無厘頭問題,就好像在說“不想當廚子的裁縫不是好司機”!光需要依附於什麽物體上傳播嗎?光子自身就能運動啊!
讓所有人產生誤解的還有一點。在應對光學問題上這些人不夠細心,陽光照射到人體上,照射到的身體組織感到變熱,這是由於光子是能量的攜帶者,而非能量的傳遞者。你感受到身體變熱是由於光子被體細胞吸收,這個過程中不斷有光子消失,而在上麵提到的水波中,水分子作為能量的傳遞者,水分子並沒有消失。“能量的攜帶者”和“能量的傳遞者”在本質上是兩個完全不同的概念,很多人不注意細節,在實際思考中通常把兩者混為一談。
關於“光速”方麵,光子在運動過程中,同樣受到萬有引力的影響。在太陽係內,對光子的運動產生主要影響的是電子和原子核對它的吸引力,電子和原子核的密度決定了光子的運動速度,它們的密度越大,光子的運動速度越小。
在光學的基礎概念中,光的通用定義是:光既是一種波,也是一種粒子。我認為應取消這樣的定義,不能說它完全就是錯的,但一方麵它在描述上不太恰當,某種程度上“光波”並不能算是一種波,光子多數情況下是在三維空間內組合成螺旋狀結構,應該稱之為“螺旋光柱”,而非二維的波形結構,不過鑒於用“光波”這個詞容易讓人描述幹涉、衍射等現象,所以還是對“光波”這種概念予以保留;另一方麵,這種完全根據實驗現象提出來的定義,太過於表象化,根本體現不出光的本質,很容易讓人產生誤解,在物理學裏對基礎概念的定義應該偏重於其實質,讓人一目了然。
綜合各種因素,我認為對“光”的基本定義應為:光是由原子內部產生的光子,排列成一種具有一定規律的螺旋狀結構的集合體。
另有一個很重要的建議是,鑒於“光波”的獨特性,應特別強調和指出,在光學領域的描述中應取消“介質”這一概念,用“光子在某某物質中的運動”這樣的描述替代,以避免產生不必要的誤解,給學者帶來多餘的困惱。
我上麵所敘述的模式是最理性狀態下最簡單的模型,在實際的研究方麵我還要補充說明兩點:
其一,在試驗中我們把原子分離出來,觀察單個原子中電子的運行軌跡時,電子的運行軌跡往往不在一個固定的橫截麵上,而是在原子核周圍亂轉,這樣的原子釋放出的光子是構不成一條直行的光柱的。在實際的發光物中,發光的物質並非單個原子,而是由多種原子構成的一種集合物質,物質有固定的形狀,因此在其內部的電子,在綜合受力方麵是恒定的,具有相對穩定的運行橫截麵,能夠產生筆直的螺旋光柱。
其二,實際研究中,元素的種類繁多,一個原子核外往往有許多個電子,處於不同能量軌跡的電子可能具有不同的運行橫截麵,並可能同時產生躍遷現象,情況會十分複雜!因此在處理相關問題時,一定要認真和細心,以免發生錯誤。
;