十三章：光的本質(zhì)和光的傳播
通過(guò)上面的很多章節(jié)，我們分析了光的諸多實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。包括光的反射，折射，色散，干涉，衍射，光電效應(yīng)及邁克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn)。這一章我們將對(duì)光知識(shí)有一個(gè)整體的總結(jié)和發(fā)散思考。
沒(méi)有光，人類的世界的不可想象。但我們要理解光，追上光，似乎真的很難。從人類誕生到今天，光學(xué)研究依然很熱門(mén)，就足以說(shuō)明這一點(diǎn)。甚至有的人說(shuō)光是“承上啟下”的東西，連接宏觀世界和量子世界，誰(shuí)如果吃透了光的本質(zhì)，本性，就會(huì)對(duì)這個(gè)世界有深的認(rèn)識(shí)。
作為一個(gè)普通人，你認(rèn)為光是咋樣的？光對(duì)你來(lái)說(shuō)意味著什么？今天我們一起來(lái)走進(jìn)光的世界，去揭開(kāi)它最神奇的面紗。
首先大家要知道的是“光”是一個(gè)特殊的詞，為什么這樣說(shuō)呢？因?yàn)楣獾谋举|(zhì)是電磁波，這是我們知道的。麥克斯韋是一個(gè)做出光是電磁波預(yù)言的人，赫茲是第一個(gè)用實(shí)驗(yàn)證實(shí)的人。
所以我們通常所說(shuō)的光，光源，是我們可以看見(jiàn)的電磁波。電磁波之可見(jiàn)光譜范圍大約為390～760nm，這只是整個(gè)電磁波譜中范圍極小的一部分，所以它是特殊的。
其他光譜范圍是人類看不見(jiàn)的電磁波，有紫外線，紅外線，x射線，伽馬射線等等。
所以重要的事情再?gòu)?qiáng)調(diào)一遍——光是一種電磁波！ 那么我現(xiàn)在來(lái)問(wèn)大家一個(gè)問(wèn)題。
光具有的折射，反射，干涉以及有光電效應(yīng)的現(xiàn)象，對(duì)于x射線，伽馬射線，紫外射線等也有嗎？？
各位答案是確定無(wú)疑的，光具有的一切性質(zhì)，其他名稱的電磁波也具有。只是我們?nèi)搜劬床坏蕉?，能借助其他儀器來(lái)觀測(cè)。
但不同光譜范圍的電磁波，會(huì)有不同的差異。比如x射線，伽馬射線有很強(qiáng)的穿透性，對(duì)人體有危害。
但在這里要強(qiáng)調(diào)，這種差異主要是對(duì)人類來(lái)說(shuō)的。因?yàn)橐粔K石頭，任何一種電磁波都是一樣的。它看不見(jiàn)任何光譜范圍的電磁波，對(duì)于它來(lái)說(shuō)也不存在“傷害”這個(gè)詞。
光是一種電磁波，會(huì)引出另一個(gè)問(wèn)題——電磁波的本質(zhì)是什么？ 只有了解電磁波的本質(zhì)，才算是了解了光的本質(zhì)。這個(gè)觀點(diǎn)，大家都會(huì)認(rèn)同。
電磁波是電磁場(chǎng)的一種運(yùn)動(dòng)形態(tài)。電與磁可說(shuō)是一體兩面，變化的電場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)（即電流會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)），變化的磁場(chǎng)則會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)。變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)構(gòu)成了一個(gè)不可分離的統(tǒng)一的場(chǎng)，這就是電磁場(chǎng)，而變化的電磁場(chǎng)在空間的傳播形成了電磁波，電磁的變動(dòng)就如同微風(fēng)輕拂水面產(chǎn)生水波一般，因此被稱為電磁波，也常稱為電波。
電磁波的官方定義如下：電磁波是由同相且互相垂直的電場(chǎng)與磁場(chǎng)在空間中衍生發(fā)射的震蕩粒子波，是以波動(dòng)的形式傳播的電磁場(chǎng)，具有波粒二象性。電磁波是由同相振蕩且互相垂直的電場(chǎng)與磁場(chǎng)在空間中以波的形式移動(dòng)，其傳播方向垂直于電場(chǎng)。電磁波在真空中速率固定，速度為光速。
所以電磁波本質(zhì)是電磁場(chǎng)輻射。那么根據(jù)輻射學(xué)說(shuō)，絕對(duì)零度不可達(dá)到，就說(shuō)明萬(wàn)物皆有輻射。向外輻射能量，這種輻射就是電磁輻射。
所以用另一句通俗的話說(shuō)電磁波是一種能量，光自然也是一種能量。這樣我們就把光的一般性認(rèn)識(shí)推廣到所有物質(zhì)中來(lái)了，任何物質(zhì)都是能量。
這時(shí)候大家會(huì)想起愛(ài)氏的一個(gè)質(zhì)能公式：E=MC^2。
這個(gè)公式中竟然出現(xiàn)了光？光速的平方！這是偶然嗎？顯然我不會(huì)這么想。
推導(dǎo)到這里，我們?cè)賮?lái)總結(jié)一下，光是一種電磁波，電磁波是一種能量輻射。即光是一種能量。
質(zhì)能公式是普遍的，是宇宙范圍內(nèi)適用的公式，光出現(xiàn)在這個(gè)公式中，本身就代表了它是衡量宇宙物質(zhì)能量的一個(gè)不可或缺“因子”。
無(wú)論你是初中生，還是科研工作者，如果你從來(lái)沒(méi)有這樣思考過(guò)的話，現(xiàn)在就可以好好思考一下這個(gè)問(wèn)題了。
我在此書(shū)的第一章就強(qiáng)調(diào)過(guò)“世界是確定的，但世界的確定性我們無(wú)法把握?！边@句話的深層含義就包括了，任何聯(lián)系的偶然性，都是確定的。所以光出現(xiàn)在這個(gè)公式中，就不是偶然。
同樣正是本著這樣的思維指導(dǎo)，我在《變化》中大膽的對(duì)于慣性做了新的定義。也就是說(shuō)慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量嚴(yán)格相等的事實(shí)，在我看來(lái)絕非偶然，所以我推出引力是慣性的源泉觀點(diǎn)。對(duì)這個(gè)問(wèn)題，進(jìn)行了闡述。
同樣宇宙間的眾多的反比平方定律，在我的眼中也非偶然，值得去探究。如果你把所有這一個(gè)個(gè)相似，看成偶然，我們必然會(huì)失去走近真相的機(jī)會(huì)。
無(wú)獨(dú)有偶，愛(ài)氏場(chǎng)方程是中也出現(xiàn)了光。牛頓力學(xué)是愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論在低速條件下的極限，包括萬(wàn)有引力定律。所以萬(wàn)有引力公式中其實(shí)是暗藏“光”的因素。
想到低速，你立刻就要想到“速度”這個(gè)詞。但想到速度，你又會(huì)想到光速！對(duì)了，就是這樣的。對(duì)于速度所帶來(lái)的沖擊，對(duì)于我們?nèi)祟悂?lái)說(shuō)，至今新鮮。新的時(shí)空觀，新的宇宙觀，好像什么都是新的。
我們這一章是對(duì)光的總結(jié)行和啟發(fā)性認(rèn)識(shí)，所以我們必須緊緊圍繞光來(lái)說(shuō)。
那么現(xiàn)在說(shuō)說(shuō)光的運(yùn)動(dòng)，關(guān)于光的運(yùn)動(dòng)，前面的幾個(gè)章節(jié)的鋪墊，已經(jīng)是現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)所取得的成果。
首先我們普通人的第一印象是光沿著直線傳播，其次光速很快，是最快的。
一個(gè)涉及運(yùn)動(dòng)方向，一個(gè)涉及運(yùn)動(dòng)速度，現(xiàn)在對(duì)這兩個(gè)點(diǎn)我們進(jìn)行分析認(rèn)識(shí)。
更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼J(rèn)識(shí)應(yīng)該是這樣的。光在真空中沿直線傳播，也可以表述為光在同一種均勻介質(zhì)中沿直線傳播?！镜顕?yán)格的真空和均勻介質(zhì)是不存在的?！?/p>
在現(xiàn)實(shí)世界中，光大多時(shí)候不是沿著直線傳播的。光在介質(zhì)中傳播時(shí)，由于光受到介質(zhì)的相互作用，其傳播路徑遇到光滑的物體會(huì)發(fā)生偏折，產(chǎn)生反射與折射的現(xiàn)象。還有在不同條件下出現(xiàn)干涉，衍射等現(xiàn)象。另外，根據(jù)廣義相對(duì)論，光在大質(zhì)量物體附近傳播時(shí)，由于受到該物體強(qiáng)引力場(chǎng)的影響，光的傳播路徑也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的偏折。
那么我現(xiàn)在又要問(wèn)題了？那么我們說(shuō)光沿著直線傳播正確嗎？或者說(shuō)我們看到的光是直線的對(duì)嗎？
答案是對(duì)的。光在同一種均勻介質(zhì)中沿直線傳播。就以上圖為例白色光在進(jìn)入三棱鏡之前，算是在同一種介質(zhì)中，所以是直線傳播。進(jìn)入三棱鏡后，在三棱鏡中也算同一種介質(zhì)中【只不過(guò)是被折射了】，在出三棱鏡界后，又是在同一介質(zhì)中，所以沿著直線傳播。
這個(gè)問(wèn)題還可以轉(zhuǎn)化為，光沿著直線傳播，可是彩虹為什么是圓弧狀的？？大概就是上面的原因，但情況比較復(fù)雜。彩虹的形成是太陽(yáng)光射向空中的水珠，經(jīng)過(guò)折射反射折射……后射向我們的眼睛所形成。
我們問(wèn)題永遠(yuǎn)不會(huì)是最后的一個(gè)！ 接下來(lái)我再問(wèn)你們一個(gè)問(wèn)題：“既然光線是沿著直線傳播的，為什么又說(shuō)它是一種波。還有波峰，波谷？”
專業(yè)人士不要笑，確實(shí)有很多朋友，有這樣的疑惑。所以我才寫(xiě)出來(lái)。既然是科普，就要講出大家的疑惑。
答案確實(shí)不難，就像上面的圖所示。我們說(shuō)光是沿著直線傳播的，可是沒(méi)有人告訴你光是直線！大家要記住光沿著直線傳播，但光不是直線！光是有波峰，波谷，和頻率的，所以是有“波”的性質(zhì)。
至于我們眼睛看到了光是直線，那是眼睛在欺騙我們。
如果你讀了我關(guān)于光學(xué)知識(shí)的前幾章鋪墊，就應(yīng)該很清楚的知道，剛開(kāi)始光的微粒說(shuō)是占主導(dǎo)地位的，這里面牛頓的權(quán)威影響很大。后來(lái)有了干涉和衍射現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)和解釋，才打破微粒說(shuō)，波動(dòng)說(shuō)開(kāi)始被重視。再后來(lái)，愛(ài)氏關(guān)于光電效應(yīng)的解釋，引出光的波粒二象性。
在光具有波粒二象性的啟發(fā)下，法國(guó)物理學(xué)家德布羅意在1924年提出一個(gè)假說(shuō)，指出波粒二象性不只是光子才有，一切微觀粒子，包括電子和質(zhì)子、中子，都具有波粒二象性。他把光子的動(dòng)量與波長(zhǎng)的關(guān)系式p=h/λ推廣到一切微觀粒子上，指出：具有質(zhì)量m 和速度v 的運(yùn)動(dòng)粒子也具有波動(dòng)性，這種波的波長(zhǎng)等于普朗克恒量h 跟粒子動(dòng)量mv 的比，即λ= h/（mv）。這個(gè)關(guān)系式后來(lái)就叫做德布羅意公式。
很多人可能沒(méi)有耐心看整個(gè)前面的鋪墊內(nèi)容，所以在這里再次大概給大家說(shuō)一下過(guò)程。
先是惠更斯，后來(lái)是牛頓。
按照惠更斯原理，波的直線傳播與球面?zhèn)鞑ァ，F(xiàn)在認(rèn)為較為完全的光理論最早是由克里斯蒂安·惠更斯發(fā)展成型，他提出了一種光波動(dòng)說(shuō)。使用這理論，能夠解釋光波如何因相互干涉而形成波前，在波前的每一點(diǎn)可以認(rèn)為是產(chǎn)生球面次波的點(diǎn)波源，而以后任何時(shí)刻的波前則可看作是這些次波的包絡(luò)。從他的原理，可以給出波的直線傳播與球面?zhèn)鞑サ亩ㄐ越忉?，并且推?dǎo)出反射定律與折射定律，但是他并不能解釋，為什么當(dāng)光波遇到邊緣、孔徑或狹縫時(shí)，會(huì)偏離直線傳播，即衍射效應(yīng)。
惠更斯假定次波只會(huì)朝前方傳播，而不會(huì)朝后方傳播。他并沒(méi)有解釋為什么會(huì)發(fā)生這種物理行為。稍后，艾薩克·牛頓提出了光微粒說(shuō)。他認(rèn)為光是由非常奧妙的微粒組成，遵守運(yùn)動(dòng)定律。這可以合理解釋光的直線傳播和反射性質(zhì)。但是，對(duì)于光的折射與衍射性質(zhì)，牛頓的解釋并不很令人滿意，他遭遇到了較大的困難。
由于牛頓無(wú)與倫比的學(xué)術(shù)地位，他的粒子理論在一個(gè)多世紀(jì)內(nèi)無(wú)人敢挑戰(zhàn)，而惠更斯的理論則漸漸為人淡忘。直到十九世紀(jì)初衍射現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)，光的波動(dòng)理論才重新得到承認(rèn)。而光的波動(dòng)性與粒子性的爭(zhēng)論從未平息。
后來(lái)?xiàng)睢⒎颇鶢?、麥克斯韋、赫茲等人完善了理論。
十九世紀(jì)早期，托馬斯·楊和奧古斯丁·菲涅耳分別做出重大貢獻(xiàn)。托馬斯·楊完成的雙縫實(shí)驗(yàn)顯示出衍射光波遵守疊加原理，這是牛頓的光微粒說(shuō)無(wú)法預(yù)測(cè)的一種波動(dòng)行為。
這實(shí)驗(yàn)確切地證實(shí)了光的波動(dòng)性質(zhì)。奧古斯丁·菲涅耳提出惠更斯-菲涅耳原理，在惠更斯原理的基礎(chǔ)上假定次波與次波之間會(huì)彼此發(fā)生干涉，又假定次波的波幅與方向有關(guān)。
惠更斯－菲涅耳原理能夠解釋光波的朝前方傳播與衍射現(xiàn)象。光波動(dòng)說(shuō)并沒(méi)有立刻取代光微粒說(shuō)。但是，到了十九世紀(jì)中期，光波動(dòng)說(shuō)開(kāi)始主導(dǎo)科學(xué)思潮，因?yàn)樗軌蛘f(shuō)明偏振現(xiàn)象的機(jī)制，這是光微粒說(shuō)所不能夠的。
同世紀(jì)后期，詹姆斯·麥克斯韋將電磁學(xué)的理論加以整合，提出麥克斯韋方程組。這方程組能夠分析電磁學(xué)的種種現(xiàn)象。從這方程組，他推導(dǎo)出電磁波方程。應(yīng)用電磁波方程計(jì)算獲得的電磁波波速等于做實(shí)驗(yàn)測(cè)量到的光波速度。麥克斯韋于是猜測(cè)光波就是電磁波。電磁學(xué)和光學(xué)因此聯(lián)結(jié)成統(tǒng)一理論。1888年，海因里?！ず掌澴鰧?shí)驗(yàn)發(fā)射并接收到麥克斯韋預(yù)言的電磁波，證實(shí)麥克斯韋的猜測(cè)正確無(wú)誤。從這時(shí)，光波動(dòng)說(shuō)開(kāi)始被廣泛認(rèn)可。
看完了上面的介紹和解釋，你對(duì)光的運(yùn)動(dòng)又提問(wèn)嗎？ 我有提問(wèn)：“惠更斯原理所假想的光的傳播是真實(shí)的光的情況嗎？即關(guān)于球面波，次波，包絡(luò)面等這樣描述，是光的真實(shí)樣子嗎？”
顯然這些“次波”，“球面波”，“包絡(luò)面”都是后天發(fā)展的詞，也難為先輩們了。沒(méi)有好的想象力，還不好創(chuàng)造這些詞。
顯然惠更斯是很有開(kāi)創(chuàng)性思維的一個(gè)人，但大家要知道，他的原理是從現(xiàn)象入手的。并不是說(shuō)他觀測(cè)到了“包絡(luò)面”“次波”之類的，是為了闡述光的運(yùn)動(dòng)，為了符合觀測(cè)現(xiàn)象，而創(chuàng)造了這些詞。
想象的成分很大，但這是結(jié)合實(shí)際的想象，所以是有用的。沒(méi)有這次詞，我們很難給你說(shuō)清楚光的諸多現(xiàn)象。
現(xiàn)在我們知道了光具有波粒二象性，那么次波的觀點(diǎn)肯定是正確的，有一種“微分”思維在里面。至于包絡(luò)面，弧度這是“波”的特性，也可以認(rèn)為是正確的。 所以答案就很明顯了，這是在描述光的真實(shí)情況。
假如有另一個(gè)星球的人，他們所用的關(guān)于描述光運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象的詞，肯定不是這些。但我們知道，無(wú)論他們用了什么詞，我們描述的東西是一個(gè)東西。
就好像語(yǔ)言一樣，“早上好”有很多個(gè)不同的表述，發(fā)音，字體不一樣，但我們知道，我們說(shuō)的同一個(gè)意思。
那么菲涅爾在關(guān)于衍射和干涉的解釋，無(wú)疑也是正確的。因?yàn)樗窃诨莞沟幕A(chǔ)上發(fā)展的理論。
惠更斯和菲涅爾的理論的數(shù)學(xué)證明，是由費(fèi)馬給出的。這個(gè)前面的章節(jié)中有說(shuō)過(guò)。
關(guān)于光的衍射和干涉的解釋，也是量子力學(xué)的基礎(chǔ)。大家熟悉的一個(gè)實(shí)驗(yàn)還有單電子干涉實(shí)驗(yàn)。相當(dāng)詭異的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，一般認(rèn)為一個(gè)電子同時(shí)通過(guò)兩個(gè)縫隙，還有電子和實(shí)驗(yàn)觀察者的關(guān)系等等。
本章在此不做討論，但后面的文章中會(huì)為大家做這個(gè)解釋和闡述?，F(xiàn)在繼續(xù)就光速做出解釋。
可以毫不夸張的說(shuō)，“光速”出現(xiàn)在了很多最普遍的物理公式之中。愛(ài)氏方程場(chǎng)就是這樣的方程。我在宇宙物理書(shū)籍《變化》中對(duì)愛(ài)氏場(chǎng)方程做了很多闡述。
無(wú)疑場(chǎng)方程是正確的理論，它的難解性，就在于場(chǎng)方程的非線性波動(dòng)性。這是一個(gè)宇宙方程。
光速無(wú)法超越，這是我們現(xiàn)在的認(rèn)知?？墒枪馑贋槭裁礋o(wú)法超越？光速為什么是30萬(wàn)米每秒？回答這些問(wèn)題，對(duì)我們很重要。
其實(shí)這個(gè)問(wèn)題在《變化》第二十六章《關(guān)于光的質(zhì)量以及運(yùn)動(dòng)速度的說(shuō)明》中我就有過(guò)闡述。今天再給大家闡述說(shuō)明一下。
真正意義上物體的運(yùn)動(dòng)速度是不會(huì)超越光速的，而且光子是沒(méi)有靜止質(zhì)量的，光也就沒(méi)有靜止質(zhì)量的。這點(diǎn)我是贊同愛(ài)氏的觀點(diǎn)。
我們先來(lái)說(shuō)說(shuō)物體為什么不會(huì)超越光速？大家看看這個(gè)公式m=m0/sqrt(1-v^2/c^2)。假如物體的速度V大于光速，那么根號(hào)下肯定是1減去比它大的數(shù)字，得到一個(gè)負(fù)數(shù)，負(fù)數(shù)怎么開(kāi)根？就算開(kāi)出來(lái)也沒(méi)有任何意義。這就是為什么理論上超光速是不存在的。
同樣是這個(gè)公式，我們假設(shè)物體質(zhì)量為1。物體速度達(dá)到光速。那么此時(shí)物體的質(zhì)量就變成了1除以0了。1除以零在數(shù)學(xué)上沒(méi)有意義，可是在現(xiàn)實(shí)宇宙環(huán)境中，意味著無(wú)窮大。也就是說(shuō)物體質(zhì)量趨向于無(wú)窮大。大家可以在手機(jī)上輸入1除以0，就會(huì)顯示無(wú)窮大。
所以這就是為什么物體不能達(dá)到光速的數(shù)學(xué)解釋。無(wú)論質(zhì)量為1,2,3等任何一個(gè)正數(shù)，除以零，都是一個(gè)無(wú)窮大的趨向。
這是數(shù)學(xué)解釋，你滿意嗎？我還要更深層次問(wèn)物體不可以光速運(yùn)動(dòng)的原因是什么？一切數(shù)字公式回歸現(xiàn)實(shí)才會(huì)變的有力量，更清晰！
我這樣來(lái)回復(fù)大家，愛(ài)氏用時(shí)空彎曲解釋引力的成因，我認(rèn)為需要修正。那就是引力的成因是時(shí)空，不是時(shí)空彎曲。而且時(shí)間，空間，物質(zhì)是一體的東西。這種一體的東西都可以用時(shí)空能量來(lái)衡量。所以任何物體必然是處于引力場(chǎng)中，處于宇宙之中的物體。
那么一個(gè)物體要超越光速就必須克服時(shí)空性質(zhì)。這種時(shí)空性質(zhì)是指宇宙環(huán)境，畢竟時(shí)間，物質(zhì)，空間是一體的東西，它具有粘性。
而且有質(zhì)量的物體以光速運(yùn)動(dòng)的話質(zhì)量會(huì)趨于無(wú)限大，時(shí)間將停止。就好像是說(shuō)這個(gè)物體作為一個(gè)“力點(diǎn)”要試圖影響和拉動(dòng)整個(gè)宇宙。所以這是不可能實(shí)現(xiàn)的情況。
因?yàn)閱蝹€(gè)物體的能量是不會(huì)超越整個(gè)宇宙的能量。所以這樣解釋的話光速其實(shí)是個(gè)法則，即光速是一種束縛態(tài)，是一個(gè)束縛態(tài)法則。這就是為什么物體運(yùn)動(dòng)速度不會(huì)超越光速！
另外一種通俗的解釋可以是這樣的，宇宙要求光速是以30萬(wàn)米每秒為極限做運(yùn)動(dòng)，而不容許它突破。
我們的問(wèn)題還沒(méi)有結(jié)束！既然光可以被大質(zhì)量物體的引力偏轉(zhuǎn)，就說(shuō)明它應(yīng)該具有質(zhì)量。如果沒(méi)有質(zhì)量，引力就不會(huì)作用與它。
來(lái)看看兩個(gè)公式，質(zhì)能公式E=MC^2。和普朗克E=hv。假設(shè)光子有質(zhì)量，所以不同的躍遷跳躍光子對(duì)應(yīng)不同速度，然而這與觀察結(jié)果不相符，被觀測(cè)的光子速度均為統(tǒng)一速度。而且普朗克公式里面本來(lái)就沒(méi)有m的出現(xiàn)，本身就說(shuō)明了光子靜止質(zhì)量為零?；蛘咭部梢哉f(shuō)沒(méi)有靜止質(zhì)量。這樣更加準(zhǔn)確。
事實(shí)上我們知道光子靜止質(zhì)量為零，是一種理論的要求，我們誰(shuí)也沒(méi)有測(cè)量它的質(zhì)量是“零”。也無(wú)法測(cè)量，因?yàn)槟銦o(wú)法找到靜止的光子。所以說(shuō)光子沒(méi)有靜止質(zhì)量是準(zhǔn)確的。也可以說(shuō)光子是一定有質(zhì)量的，是有運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的。
愛(ài)氏曾質(zhì)疑牛頓第一定律有循環(huán)論證嫌疑，這里我發(fā)現(xiàn)他這個(gè)理論也有循環(huán)論證嫌疑。我們?cè)诂F(xiàn)實(shí)生活中找不到慣性系，卻要來(lái)說(shuō)明在慣性系中物體總要保持勻速直線運(yùn)動(dòng)和靜止?fàn)顟B(tài)。同樣我們要證明光子靜止質(zhì)量為零，首先必須找到靜止的光子?？墒庆o止的光子我們找不到，但我們還說(shuō)光子靜止質(zhì)量為零。或者說(shuō)光子沒(méi)有靜止質(zhì)量。在這里的討論看似無(wú)意義，其實(shí)很有意思。
我們接著假設(shè)光子沒(méi)有靜止質(zhì)量，不同躍遷的光子對(duì)應(yīng)一個(gè)固定的光譜，與觀測(cè)結(jié)果一致。所以我們說(shuō)光子沒(méi)有靜止質(zhì)量。
那么問(wèn)題又來(lái)了，光有運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，為什么運(yùn)動(dòng)過(guò)程，質(zhì)量沒(méi)有無(wú)限大？？ 一般書(shū)本以光子沒(méi)有靜止質(zhì)量來(lái)說(shuō)明。但是我們其實(shí)還是不理解的。 有運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，為什么不遵守理論內(nèi)容呢！
類似的問(wèn)題還有一個(gè)：光速為什么以光速運(yùn)行？？規(guī)定光速原則的性質(zhì)和宇宙法則機(jī)制如何的？
先來(lái)回答第一個(gè)問(wèn)題，光有運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，卻可以光速運(yùn)行！我個(gè)人認(rèn)為這和波粒二象性有關(guān)。光子的能量是傳輸是一份份的，而它被大質(zhì)量物體偏轉(zhuǎn)時(shí)候又表現(xiàn)出“波”的性質(zhì)。
質(zhì)量和能量是兩個(gè)概念，物體的一體兩面。光子我們多以能量來(lái)形容。也就是光子以光速運(yùn)動(dòng)的能量是多少多少，而不是質(zhì)量是多少多少。能量不是無(wú)限大，質(zhì)量自然也不是無(wú)限大。所以光子這個(gè)特殊的粒子以光速運(yùn)動(dòng)質(zhì)量不會(huì)無(wú)限大。
否則打在我們身上的太陽(yáng)光，直接將我們打的灰飛煙滅！但太陽(yáng)光很溫暖，說(shuō)明它攜帶有能量。用我們可見(jiàn)的詞匯來(lái)形容就是“溫暖”，你見(jiàn)過(guò)誰(shuí)會(huì)說(shuō)給我來(lái)二斤“溫暖”。這樣形容其實(shí)不準(zhǔn)確，只是為了讓大家有直觀的感受。
而一個(gè)原本有質(zhì)量的物體，要以光速運(yùn)動(dòng)，就需要無(wú)限能量來(lái)維持它以光速運(yùn)動(dòng)。能量是無(wú)限的，那么質(zhì)量自然無(wú)窮大，所以有質(zhì)量的物體是不可能達(dá)到光速的。
其實(shí)波粒二象性本身就是“宏觀”和“量子”的結(jié)合體現(xiàn)。也可以說(shuō)是物體“質(zhì)量”和“能量”的過(guò)渡體現(xiàn)。我們一般說(shuō)質(zhì)量多指宏觀，能量卻可以指向微觀。所以愛(ài)氏在發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)和建立了相對(duì)論理論后，一直腦海中有統(tǒng)一四種基本的力的構(gòu)想是正確的，也是可以統(tǒng)一的。物理學(xué)的發(fā)展本身也是證明了這一點(diǎn)，只不過(guò)萬(wàn)里長(zhǎng)城還差最后一段沒(méi)有走完！
至于最后一個(gè)問(wèn)題：光為何以光速運(yùn)動(dòng)？ 剛才上面有回答了，其實(shí)還是時(shí)空“粘性“使然。這種粘性阻礙了物質(zhì)的物體光速運(yùn)動(dòng)，又使得光子能以光速運(yùn)動(dòng)。
說(shuō)到上面的循環(huán)論證，我想到了哥德?tīng)柌煌陚涠ɡ怼?/p>
1、任意一個(gè)包含一階謂詞邏輯與初等數(shù)論的形式系統(tǒng)，都存在一個(gè)命題，它在這個(gè)系統(tǒng)中既不能被證明為真，也不能被證明為否。
2、如果系統(tǒng)S含有初等數(shù)論，當(dāng)S無(wú)矛盾時(shí)，它的無(wú)矛盾性不可能在S內(nèi)證明。
所以大家看到了，偉大的哥德?tīng)枮槲覀兘沂玖艘粋€(gè)哲理啟發(fā)。任何一個(gè)循環(huán)論證，悖論和理論想要以此說(shuō)此，以彼證彼，層層跟進(jìn)最后的結(jié)果是不可證，不可說(shuō)。
這就是告訴了我們，宇宙以一種彼此連接的形式存在，卻不能自證真?zhèn)巍Ｊ前。钪娌恍枰?，也不需要偽，但是人類需要?/p>
我們的問(wèn)題沒(méi)有最后的一個(gè)？ 其實(shí)關(guān)于光，再多的問(wèn)題也不多余，真正的難題，還沒(méi)有解決？
麥克斯韋當(dāng)初計(jì)算出電磁波速度是光速，大膽預(yù)言光就是電磁波?？墒堑浆F(xiàn)在有誰(shuí)能說(shuō)明光速為什么是30萬(wàn)米每秒，而不是29萬(wàn)米沒(méi)秒。電磁波在真空中是30萬(wàn)米每秒，是頻率和波長(zhǎng)的乘積?？墒菃蝹€(gè)光子速度也是30萬(wàn)米每秒，單個(gè)光子也有頻率和波長(zhǎng)嗎？ 各位為什么說(shuō)我們的問(wèn)題永遠(yuǎn)不會(huì)是最后一個(gè)了吧？
更多問(wèn)題，更多回答。我的回答不是最好的，你們可以罵，但我希望你們的回答永遠(yuǎn)都比我好，比我的回答有啟發(fā)性。
摘自獨(dú)立學(xué)者，詩(shī)人，作家，國(guó)學(xué)起名師靈遁者量子力學(xué)科普書(shū)籍《見(jiàn)微知著》
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