1 引言
之所以叫猜想, 是因为有些内容尚无足够实验数据证明。本文主要探讨光的产生过程, 光的波形, 光电效应的产生原因, 以及为什么光的能量与频率有关, 为什么必须同一光源引出的光才会发生干涉现象等一系列科学难题。
2 光的产生过程
从产生光的各类现象看, 光的产生基本离不开电子或同能级粒子的碰撞运动, 为什么我这样说呢?日光灯是电子与荧光粉碰撞发光, 萤火虫发光是因为生物电, 高温发光则缘于分子热运动。
那么, 电子碰撞是如何发光的呢?两个电子弹性碰撞时, 引起电子振动, 这就如我们打桌球时, 两个球碰撞时会发出声音, 这个声音就是球碰撞引起的内部分子振动通过空气传播。电子碰撞引起的内部振动通过以太向外传播, 以太振动的实质是电磁波, 光则是电磁波的一种。当两个桌球碰撞初速度增大时, 声音更尖也更响亮, 说明碰撞产生的波的频率、幅值均与碰撞强度成正比, 同理可说明光的频率和强度与电子的碰撞强度成正比。
图1画出了光的波形。电子碰撞是随机事件, 没有连续性, 故图中的波是断续出现的, 并且强度随时间衰减。如果你细心, 你会发现图中的波出现时间是不均匀的, 这也是电子碰撞的随机性造成的。
当然, 光不一定是电子的碰撞产生的, 与电子同能级的任何粒子碰撞均会产生以太振动形成电磁波。另外, 还有一种情况不需要碰撞也会产生电磁波, 如同步粒子加速器中接近光速的粒子, 其产生电磁波的原理和飞机飞行时产生的噪声同理, 源于粒子与以太的高速摩擦形成的振动。另外, 电子速度的突然变化, 轨道的跃迁等均会造成以太振动, 分子热运动也会造成以太振动等, 均会形成电磁波。
为什么以太肯定存在呢?波的传递必须借助媒质, 譬如声波就不能在真空中传播, 同理, 任何波都不能在绝对真空中传播, 因为绝对真空中没有媒质。故宇宙空间应该存在一种能够传递电磁波的物质微粒——以太, 以太应该连续不间断的充斥于电磁波能够到达的所有宇宙空间 (有关以太存在的更多论据和实验, 请阅读我的论文《磁场、电场本质》, 发表于《读与写》2011年第11期) 。
小结:光产生于电子或同能级粒子的随机碰撞、轨道跃迁、以及粒子高速运动等引起的以太振动形成的电磁波, 碰撞产生的电磁波是断续波, 也是我们最常见到的光波形式。
3 平时见不到光的干涉现象的原因
我们平时所见的波, 是一种连续波, 其特点是两列波只要相遇, 必定干涉, 因为两列波相遇时, 来自两个方向的振动力同时作用在同一个媒质上, 故这种连续波只要相遇, 必定干涉。但我们平时见的光却并不发生干涉现象, 为什么呢?难道光不是波?
从光波平时不会发生干涉现象看, 只有一种解释, 那就是光波是非连续的, 只有这样才能解释光的干涉现象, 这个结果和我们分析光的起源得到的光的波形图一致。
我们看图1中光的波形, 由于光是断续波, 在两个断续波之间有很大的空隙时间是不存在波动的, 故另一列波可以从这个时间空隙中穿过而不发生干涉现象。光的这种非连续性, 也是为什么只在实验室条件下才会发生干涉现象的原因。
两列不同频率的光波相遇时, 由于断续波不在同一时间发生, 一列波的断续波出现在另一列波没有波动的空隙时间, 由于媒质以太是间歇受力, 此时产生混频现象, 形成复合光, 并不发生干涉。
同理, 如果两列光波频率相同, 但是来自于不同的光源, 则两列光波的断续波出现的时间也会不一样, 同样不会发生干涉现象。由于光波产生于粒子的随机碰撞, 如图1, 即使同一光波, 其出现断续波的时间间隔也不会完合相同, 存在时长时短的不均匀现象, 故不同光源产生的断续波不可能在时间上完全同步。
如果两列光是从同一光源分出的, 两列光波的断续波会在同一时间同步出现, 形成的振动会在同一时间共同作用在同一媒质上, 就会发生干涉现象。
4 是否存在超光速现象
那么, 是否存在超光速现象呢?我们先来谈谈以太风阻。如果我们以100公里的时速开车, 会感觉到强烈的风阻现象, 而如果我们只是步行, 不会感觉到风阻。风阻是阻尼现象, 其大小与速度的平方成正比, 如果速度达到音速, 在近地表面的风阻将非常大。
假设一个电子以光速飞行, 那么, 宇宙空间无处不在的以太会对此电子形成较大的以太风阻, 这个电子如果不能从外部得到能量补充, 就会在以太风阻下减速。所以说, 光速不是不可以超越, 如果粒子在瞬间获得巨大能量, 可以在短时间内发生超光速现象, 但任何超光速现象在以太风阻的作用下都不能长期维持, 在一个稳定的状态下, 我们已知的任何粒子都不会存在超光速现象。光速和音速一样, 达到这个速度风阻就会很大, 但光速并非不可超越。粒子加速器中的粒子在接近光速时, 速度很难再提升, 并不是如爱因斯坦所说的质量会变得无穷大, 根据动态力学定律, 受力物体的速度不可能超过施力物体的速度, 而施力物体受制于自身条件总是存在速度极限, 牛顿经典力学认为质量与速度无关是正确的, 光速不可超越只是空想理论, 2011年9月23日, 欧洲科学家用实验证明发现超光速现象就是铁证。
粒子被以太风阻消耗的能量, 一部分以电磁波的形式向外辐射, 其形成原因和飞机发出的巨大噪声同理, 产生于粒子与以太高速摩擦造成的振动;另一部分能量则形成旋转磁场或以太乱流, 就如飞机尾部的空气乱流。如果不理解, 试着想象飞机在天空飞行时有什么现象?一是产生噪声, 二是在飞机尾部形成乱流。那么, 旋转磁场又是怎么回事呢?如果飞机是旋转飞行的, 其尾部的气流就是旋转的, 这种现象在生活中也有碰到, 譬如出膛的子弹, 就是高速旋转前进的。如果粒子是旋转前进的, 这个旋转气流就是旋转以太气流, 即旋转磁场。如果你把电子看成是高速旋转前进的子弹, 你就能明白电流流过导线为什么会在导线周围产生一个旋转磁场。
速度极高的运动粒子与以太摩擦形成的电磁波振动频率极高, 在X射线范围。实验证明, 高速运动的粒子会向外辐射电磁波, 譬如同步粒子加速器的同步辐射现象, 这是以太风阻存在的有力证据之一。对于同步辐射, 现在的解释是, 向心力消耗了能量, 产生同步辐射消耗了粒子能量造成速度下降。问题是, 这个理论是站不住脚的, 如果向心力会消耗粒子能量, 那么天空中的同步卫星早就掉下来了, 譬如卫星的向心力是由地球对卫星的引力势能提供的, 其方向与卫星运动方向垂直, 既不会使卫星加速, 也不会使其减速, 并不消耗卫星的动能。这个原理同样适用于同步粒子加速器, 认为向心力会使粒子速度降低显然是错误理论 (如果您有兴趣, 可以看看有关洛仑兹力是否会消耗能量的讨论) 。以气球在风中运动的实验为例, 当气球随风飘动时, 是不存在风阻的, 因为风比气球速度快, 其推动气球加速而不是阻止气球运动。在同步加速器中, 由于洛仑兹力改变了粒子方向, 造成运动方向与以太风方向存在夹角, 从而形成以太风阻。另外, 我们还有实验数据可以证明向心力并不会产生X射线, 譬如传统电视机用的电子枪, 其偏转磁极的洛仑兹力就是提供了向心力使电子束偏转, 但电子枪并不会产生X射线, 很显然, 原因是电视机中电子枪产生的电子束的速度太小。
从以太风阻现象来看, 如果想要知道是否存在以太, 不需要迈克耳孙-莫雷实验, 我们只需要在真空中将粒子加速到接近光速, 然后看其是否减速。如果不存在以太, 也就不存在以太风阻, 根据牛顿力学定律, 粒子速度将保持不变。
5 光的速度与传播方向
我们通常认为光是直线传播, 并且速度不变, 但这只是基于直觉, 并非事实, 事实上光在传播过程中, 大小和方向均发生变化。
我们知道光可以被反射、吸收、折射等, 光纤还能任意改变光的传播方向, 根据牛顿力学第一定律, 任何方向改变都是受力现象。当光在物体中传播时, 同样会受到原子对其的力的作用改变方向, 使得光在物体中并非直线传播, 而是沿着传播方向左右摆动, 形成一个迭加在纵波之上的横波, 当光从空气入射到水中时, 由于水分子对光的作用力与空气分子不同, 造成光回摆的幅度发生变化, 从而引起光入射到水中后传播方向发生改变, 发生折射现象。另外, 由于电流形成的磁场是一个中心低压的以太气旋, 物体内部电子绕核旋转形成内部电流, 造成物体内部存在无数中心低压的区域, 由于波的传播速度与媒质压力成正比, 造成光在物体中传播时速度不断变化。故光在物体中传播时, 其传播方向和速度均在纳米级别上发生剧烈变化, 而非人们通常认为的直线匀速传播。
当光在宇宙空间传播时, 在大尺度范围内, 星球磁场形成的以太风会引起光的传播方向改变, 另外, 由于宇宙各处的以太压力并非处处相等, 而光的传播速度与以太压力成正比, 故光在宇宙中传播速度也有变化, 并非恒等于C。
光在宇宙中传播时, 由于不存在原子级别的物质对其的持续作用力, 此时不存在横波, 即光的横波只有光在物体中传播时才会产生。
6 光的能量与光电效应
6.1 光的频率
在谈光的频率之前, 我们先来谈谈乐器的频率。在古代有编钟, 其每一款钟对应一个振动频率, 钟的频率和敲击的力量大小无关, 锣鼓等拥有同样的特性。我们打桌球时, 桌球撞击的声调也是不变的。还有一种乐器, 笛子, 其控制声调的小孔只有6个, 却能吹出很多声调来, 奥秘在于, 只需用更大的力吹气, 就能吹出高出8度的声调来。笛子的这种发声现象其实是自然界的普遍规律, 譬如打桌球时, 轻击桌球和用力打桌球虽然都是发出“叭”的声音, 但如果仔细听, 用力击球时, 声调高了8度。即一个物体的共振频率并不是不变的, 而是根据撞击力的大小以8度声调为一级变动。
根据这个原理, 可以知道, 两个电子撞击时, 发出的光波的频率源于电子的共振频率, 其频率大小根据撞击力量的大小, 以8度为一级变化, 从光谱的不连续性可以证明这一理论的正确性。不同的粒子撞击产生的光波表现出不同的共振频率, 分子热运动产生的光波主要是红外线, 当物体温度很高时, 发生热电离现象, 这时以电子碰撞为主, 发出可见光, 温度进一步升高时, 电子碰撞更激烈, 则产生紫外光。
为什么电子碰撞产生的光的频率高于分子热运动呢?我们可以从琴弦上找到答案。琴弦越细, 频率越高, 越短, 频率也越高, 由于电子直径小于分子, 故相同的碰撞强度下, 产生的频率要高于分子碰撞。
6.2 光的能量与频率的关系
有一种现象叫电磁感应, 电磁感应的强度与两个量有关, 以变压器为例, 电磁感应强度与一次线圈中流过的电流幅值成正比, 与频率成正比, 即v=Bf (v为交变磁场的变化速度, B为幅值, f为频率) , 或者表达为v=B/λ (λ为波长) 。电磁感应强度反应了交变磁场的能量强度, 其反应的是交流磁场的变化速率v, 功率P=hv (h是普朗克常数) 。
我们回到光的频率与能量关系上来。从电学理论可知, 能量E等于功率乘以作用时间 (E=Pt=hvt) , 时间参数t取决于光的每份断续波的衰减时间, 并进行加权计算。我们这儿假设实验用的光都产生于电子碰撞, 每份断续波的衰减周期都是一样的, 始终取1, 则每份断续波的能量E=hv (E=hvt=hv*1=hv) 。从E=hv公式可知, 一份断续光波的能量与磁场变化速率成正比, 即与电磁感应强度成正比。由于磁场变化速率与光的频率成正比 (v=Bf) , 故一份断续波的能量与光的频率成正比 (E=h Bf) 。
6.3 光电效应产生的原因
说到光电效应, 不得不谈爱因斯坦的光量子假说, 我们分析光的能量与频率时得出每份断续波的能量E=hv, 和普朗克、爱因斯坦推导出的一致。
在这儿, 我们继续谈电磁感应。从电学知识可知, 雷电流入地时, 在其周围物体内感应出很强的感应雷, 感应雷的强度与雷电流产生的磁场的变化速率成正比。同理, 由于光是交变的电磁波, 光照射金属时就会发生电磁感应现象, 这正是产生光电效应的原因。
问题又来了, 为什么照射金属的光波必须达到一定的频率才会产生光电效应呢?从我们分析的结果看, 光的本质是断续波, 波长极短, 由于光波产生于电子碰撞时的共振, 其波动周期远小于电子绕原子核旋转一周的时间, 即光波在一个周期内作用在电子上的时间是非常短的。交变的电磁感应产生的电场有一个特点, 如果上半周使自由电子向导线左侧运动, 那么下半周的作用力方向正好相反, 使自由电子向导线右侧运动, 即经过波的一个完整周期后, 电子速度加减后正好平衡掉, 电子回到其原始速度。这意味着, 由于光波的频率太高, 电磁感应方向变化太快, 在交变电磁波的上半周, 电子还没加速到足够逃离原子核束缚的速度, 就开始被电磁波的下半周减速, 无法成为自由电子, 即在如此高的频率下, 电子只是受力振动。那么, 光电效应又是如何产生呢?
有一个自然现象叫共振, 电子在光波的电磁感应作用下被迫受力振动, 其振动频率和电磁感应频率相同, 在共振作用下, 振幅会越来越大, 似类于人类荡秋千的原理。如果电子获得的能量足够多, 就会被振出绕核轨道, 成为自由电子。由于每份断续波的能量与光的频率在正比, 故光的频率越高, 电子获得的能量越大, 越容易被振出绕核轨道。电子振离绕核轨道与高温下因分子热运动产生的热电离同理。由于物体内电子数量众多, 质量有微小差别, 总有共振频率和当前光波频率相同的电子。
为什么光电效应和光照时间无关呢?由于光波的断续特性, 如果第一份光波未能使电子振出绕核轨道, 第二份光波作用在这个电子上时, 由于作用的初相角不同, 就会造成振动不同步, 不但不能延续共振, 第二份光波的作用还可能抵消第一份光波的振动能量, 故光电效应取决于一份断续波的能量, 即爱因斯坦光量子假说中一份光量子的能量。
爱因斯坦的光量子假说获得了1921年的诺贝尔物理学奖。不过, 从我们上面的分析来看, 光量子假说显然有很多错误。光电效应源于电磁感应现象, 光就是电磁波, 不需要波粒二象性。现代物理学的通病在哪里呢?就是当不能解释细节时, 就用模糊的能量理论来解释。譬如现代物理谈到X射线、发光现象等总是谈到电子的轨道跃迁, 那么轨道跃迁为什么会释放X射线呢?难道就只是电子从高能级转换到低能级, 释放出多余的能量吗?事情远没有这样简单, 事实上, 产生X射线是因为外层电子向内层掉落时获得了足够的加速度, 电子与以太剧烈摩擦造成以太振动形成的电磁波, 这个现象就如报废卫星跌入大气层时在重力加速下速度越来越快产生的摩擦现象一样, 和同步加速器中高速粒子发出的X射线同理。电子发出X射线的能量是由原子核对电子的引力加速造成的, 而非电子本身具有的能量在轨道跃迁过程中的释放, 并且电子在轨道跃迁过程中本身也获得了更多动能, 是一个势能转化为动能的过程, 轨道跃迁能产生电磁波的实质是粒子与以太高速摩擦产生的以太振动。
6.4 Y射线的产生原因
我们已知红外线产生于分子热运动形成的碰撞, 可见光和紫外光产生于电子碰撞, X射线 (伦琴射线) 产生于粒子与以太的高速摩擦, 那么Y射线 (伽马射线) 产生的原因呢?
生活中我们会碰到一种现象, 锅炉或高压锅中的高压气流从小孔流出时, 会产生高频噪声, 炸弹爆炸会产生巨响, 这类声响均产生于高速气流与空气摩擦形成的振动, Y射线的产生与这一现象同理。为什么我这样说呢?
由于以太风阻与速度的平方成正比, 当粒子速度达到光速时, 是很难再提升的, 譬如10倍光速时的以太风阻是光速时的100倍, 即需要100倍的能量去平衡以太风阻才能保持住10倍光速。而即使粒子速度达到几十倍甚至上百倍光速, 摩擦产生的仍是X射线, 故Y射线产生于粒子与以太摩擦的可能性极小。
中子与原子核发生非弹性碰撞或氢核聚变时, 原子核和中子的表面被汽化, 形成爆炸效果, 大量物质被汽化成自由的气态以太, 以太气浪造成高频的以太振动, 形成电磁波, 即Y射线。汽化现象还造成了核变过程中的质量亏损现象。在自然现象中可类比的现象有星体撞击, 譬如中子撞击原子核就相当于小行星撞击。故Y射线产生于粒子的非弹性碰撞造成的爆炸气浪形成的以太振动。
小结: (1) 光的能量与频率成正比; (2) 光电效应源于电磁感应和共振现象。
7 如何理解黑洞
黑洞为什么不发光呢?有两个可能的原因。一是黑洞星体周围存在极强的磁场, 由于磁场的本质是以太风, 极强的以太风会造成光在传播过程中方向的偏转, 这种偏转会造成在某个方向上看不到光。另一个原因是, 由于星体磁场的本质是中心低压的以太气旋, 越靠近磁场中心, 以太密度越小, 以太气压越低, 这种以太气压的不均匀, 造成光经过星体周围时因折射率不同而发生偏转。这两种现象均会造成在某个角度看不到这个星体发出的光, 形成黑洞效果。
可以这样理解, 黑洞就是星系中心大质量的星体, 由于极强的星体磁场造成光的折射, 使得在一些角度是看不到这个星体的, 所以, 黑洞只是个观测角度问题。
8 结语
(1) 光产生于电子、原子核或同能级的粒子随机碰撞, 轨道跃迁等引起的以太振动, 光的本质是断续衰减电磁波; (2) 光的干涉现象必须保证两列波在同一时间出现断续波, 只有从同一光源分出的两列光才符合此条件; (3) 我们已知的任何粒子在接近光速时都会因以太风阻而减速, 在一个稳定的状态下, 不存在超光速现象。 (4) 光的能量与频率成正比;光电效应源于电磁感应和共振现象。
摘要： (1) 光产生于电子、原子或同能级的粒子随机碰撞, 轨道跃迁等引起的以太振动, 光的本质是断续衰减电磁波; (2) 光的干涉现象必须保证两列波在同一时间出现断续波, 只有从同一光源分出的两列光才符合此条件; (3) 我们已知的任何粒子在接近光速时都会因以太风阻而减速, 在一个稳定的状态下, 不存在超光速现象; (4) 光的能量与频率成正比;光电效应源于电磁感应和共振现象。
关键词：光本性的理论,光电效应,以太,电磁波,光速,干涉