摘要 光是什么？眾所周知，光是電磁波，但電磁波又是什么？它有介質(zhì)嗎？它與電磁場又是什么關(guān)系？本文從多個方面論證了光就是以太中傳播的波，它與聲波具有很多的相似性。
關(guān)鍵詞：以太，光子，電磁波，電磁場
1. 光的介質(zhì)
光是電磁波，沒有人表示懷疑（在下文中對二者不作區(qū)分），既然是波，它就必然存在介質(zhì)，沒有介質(zhì)就不是波，本文把光的介質(zhì)稱為以太。
1.1. 聲波與光波的比較
聲波與光波具有高度的相似性，其主要表現(xiàn)為：
A、波阻抗
波是具有阻抗的，它是反映介質(zhì)中某位置對應(yīng)力學(xué)擾動而引起的質(zhì)點(diǎn)的阻尼特性。聲波的阻抗定義為：
，其中，p表示介質(zhì)壓強(qiáng)的變化量，u表示介質(zhì)體積元的速度。電磁波的阻抗定義為：
，其中，E表示電場強(qiáng)度，H表示磁場強(qiáng)度。聲波阻抗也等于介質(zhì)密度
與傳播速度
的積：
，真空中電磁波的阻抗也可表示為：
（
為真空磁導(dǎo)率），因此，
，
。
B、平均能量密度
聲波的平均能量密度可表示為：
，聲波的能量包括動能和位能，各點(diǎn)的動能與位能相位相同，大小相等，也就是說，動能達(dá)到最大值時，位能也達(dá)到最大值，總能量也達(dá)到最大。能量不是儲存在系統(tǒng)中，而是具有傳遞特性，這是自由行波的一個特征。
電磁波的平均能量密度可表示為：
（?0是真空介電常數(shù)），與聲波一樣，電磁波的能量包括電場能量和磁場能量，各點(diǎn)的電場能量與磁場能量相位相同，大小相等，當(dāng)電場能量達(dá)到最大時，磁場能量也達(dá)到最大，總能量也達(dá)到最大，也具有自由行波的傳遞特征。
C、平均能流密度
平均能流密度是能流密度（單位面積的能量傳輸速率）在一個周期內(nèi)的平均值。聲波的平均能流密度可表示為：
，電磁波的平均能流密度是用坡印亭矢量表示的：
，雖然二者的表達(dá)式不完全相同（原因是聲波是縱波，而電磁波具有橫波特征），但所得到的數(shù)值卻是相同的，量綱也相同。
D、輻射壓力
聲音與電磁波都存在輻射壓力，而且計算方法也一樣，其數(shù)值都等于平均能量密度，其量綱也相同：焦耳/米3 = 牛頓/米2。例如，聲壓級為100dB的聲波，其聲壓為2Pa，已知空氣的密度為1.29kg/m3，速度為332 m/s，就可以求出聲音的平均能量密度為
= 2.81x10-5 J/m3，它的輻射壓力也是2.81x10-5N/m2。電磁波也具有相同的計算方法，例如場強(qiáng)為100dBmv的電磁波，其電場強(qiáng)度為100v/m，可計算出它的平均能量密度為
8.85x10-8J/m3 ，它的輻射壓力也是8.85x10-8 N/m2。
聲波與電磁波的更大相同之處在于：當(dāng)波完全反射時的輻射壓力是完全吸收時的兩倍。
E、波動方程
聲波的波動方程可表示為：
，
，電磁波也具有相同的表示：
，
。
F、傳播速度
聲波在介質(zhì)中的傳播速度可表示為：
，其中
表示傳播介質(zhì)的體積壓縮系數(shù)，它與體積彈性模量P的關(guān)系為：
，電磁波的傳播速度可表示為：
。
G、傳播特征
聲波具有反射、折射、干涉、衍射、聚焦、多普勒效應(yīng)等一系列的傳播特征，電磁波也同樣具有上述所有特征，聲波中的有關(guān)定理在電磁波中同樣可用，而且計算方法也一樣。更有甚者，波的指向角（衍射極限）都可以用
表示，其中，λ是波長，D是波源的直徑?？傊?，聲波中的絕大部分特征在電磁波中都能找到與之相對應(yīng)的項(xiàng)。
從以上比較可以看出，聲壓p與電場強(qiáng)度E等價，體積元速度u與磁場強(qiáng)度H等價，介質(zhì)密度
與真空磁導(dǎo)率
等價，體積壓縮系數(shù)
（
）與真空介電常數(shù)
等價。
1.2. 聲波與光波相似性的原因分析
從上面的比較可以看出：聲與光是非常相似的，電磁波依靠電與磁的互激進(jìn)行傳播的理論是無法解釋上述現(xiàn)象的（光子理論更無法解釋），因?yàn)樵陔姶挪ㄖ?，E與H的關(guān)系是線性的，E和H也是同步變化的（相位相同）：，E和H之間沒有發(fā)生能量交換，E和H在空間的任何一點(diǎn)同時由小到大，再由大到小地變化，難道E和H在空間能夠自生自滅？當(dāng)E與H都是零時，電磁波的能量貯存在哪里？
如果承認(rèn)以太的存在，那么，電磁波與聲波的相似性就很容易理解，我們可以定義E就是以太受到粒子擾動后所產(chǎn)生的壓強(qiáng)變化量，與聲壓p具有完全相同的物理意義，定義H是以太的體積元速度，其物理意義與聲學(xué)中的體積元速度u相同。引入以太后，電磁波中的各種參數(shù)具有了明確的物理意義：真空磁導(dǎo)率就是以太的密度，真空介電常數(shù)就是以太的體積壓縮系數(shù)，以太中的傳播速度
就是合情合理的。如果以太不存在，電磁波中的各種參數(shù)沒有物理意義。
在電磁波中，把E定義為以太的壓強(qiáng)變化量，把H定義為以太的體積元速度，與現(xiàn)代電磁理論具有本質(zhì)的區(qū)別。也就是說，在電磁波中，我們所測量的電場強(qiáng)度實(shí)際上是以太壓強(qiáng)的變化量，磁場強(qiáng)度是以太體積元的速度。
我們知道，所謂場強(qiáng)的測量，實(shí)際上是測量天線上感應(yīng)的電壓，天線上的電壓是如何感應(yīng)出來的成為關(guān)鍵，要想使天線上感應(yīng)出電壓，必須要有某種力量推動電子運(yùn)動。是什么力量推動的電子？學(xué)界主流認(rèn)為是電場。如果是電場，那么，電場是什么就必須說清楚，如果承認(rèn)電場是物質(zhì)，相當(dāng)于變相承認(rèn)了以太。如果承認(rèn)以太的存在，就可以很明白地說明一切：電子是以太粒子推動的，電子的振動能產(chǎn)生電磁波，同樣，電磁波也能使電子產(chǎn)生振動。因此，E只是一個符號，它代表一個物理量，它是什么要根據(jù)假設(shè)和推理，我們對天線的測量，只能得到感生電壓或電流，重要的是這個電壓或電流是如何產(chǎn)生的，是空間中的什么物理量產(chǎn)生的它。如果你認(rèn)為是電場，你就應(yīng)該定義E為電場強(qiáng)度，如果你認(rèn)為是以太的振動產(chǎn)生的，就應(yīng)該定義E為以太的壓強(qiáng)變化量，定義H也是同樣的道理。我們在話筒的輸出端測量到的也是感應(yīng)電壓，但產(chǎn)生這個感生電壓的原因卻是空氣的振動，天線與話筒實(shí)質(zhì)上都是傳感器。本文中仍然用E代表以太的壓強(qiáng)變化量，H代表以太體積元的速度。
通過上面的討論，可以認(rèn)為：我們的耳朵只是一個傳感器，它接收到的并不是聲音，而是空氣的振動，只是經(jīng)過我們的大腦處理才變?yōu)槁?。同樣的道理，我們的眼睛也只是一個傳感器，它接收到的并不是光，而是以太的振動，只是經(jīng)過我們的大腦處理才變?yōu)楣狻?div style="height:15px;">
1.3. 以太的性質(zhì)
1.3.1. 以太的密度
從上節(jié)的討論可以看出，以太的密度實(shí)際上就是真空磁導(dǎo)率，因此，本文定義：以太的密度ρ= 4π×10-7 kg/m3。以太的密度本來應(yīng)該是測量值，怎么能夠定義呢？因?yàn)楝F(xiàn)代的技術(shù)還不能測量它，只能暫時以定義值替代。
以太密度的取值并不是我的創(chuàng)造，而是麥克斯韋，但他并沒有給出具體的值。在麥克斯韋之前，沒有磁感應(yīng)強(qiáng)度B這個概念，量度磁場的物理量是磁場強(qiáng)度H，磁場強(qiáng)度H與電流的關(guān)系為
。從這個式子可以看出：磁場強(qiáng)度只與電流有關(guān)，與以太無關(guān)。
磁感應(yīng)強(qiáng)度B是麥克斯韋引入的，在引入B時明確指出：H是以太的渦度，B是加權(quán)渦度，是用以太的密度進(jìn)行加權(quán)：
，其中μ就是以太的密度。進(jìn)入20世紀(jì)以后，人們否定了以太，但卻繼承了麥克斯韋方程組，把加權(quán)渦度改成了磁感應(yīng)強(qiáng)度，把以太的密度改成了真空磁導(dǎo)率。
在現(xiàn)代電磁理論中，真空磁導(dǎo)率是定義值：μ0= 4π×10-7牛頓/安培2，是由公式
定義的，此式是真空中兩根通過電流相等的無限長平行細(xì)導(dǎo)線之間相互作用力的公式，式中I是導(dǎo)線中的電流強(qiáng)度，a是平行導(dǎo)線的間距，F(xiàn)是長度為L的導(dǎo)線所受到的力，并規(guī)定當(dāng)L= 1米，a=1米，I= 1安培時，F(xiàn)= 2x10-7牛頓。
很明顯，在電磁場理論中，B和D的引入是畫蛇添足，因?yàn)?div id="fbwnfa5u" class='imgcenter'>
，
，而且
和
都是常量！根本沒有必要再引入B和D，麥克斯韋之所以把
和
引入到電磁理論中，就是因?yàn)樗僭O(shè)
是以太的密度，
是以太的體積壓縮系數(shù)，因此，電磁波在真空中的傳播速度
才變得合情合理。
為什么真空磁導(dǎo)率的定義值是
= 4π × 10-7 N/A2？因?yàn)槿∵@個值不論在電磁理論和電磁波理論中，各種參數(shù)都是合理和自洽的。但是，以太密度的實(shí)際值不可能與它恰好相等，但相差不會太大，因此，本文就以此值作為以太的實(shí)際密度。但是，以太的密度與真空磁導(dǎo)率的定義值沒有關(guān)系，在歷史上，真空磁導(dǎo)率的定義與安培的定義密切相關(guān)。
可見，電磁理論中的真空磁導(dǎo)率與電磁波理論中的以太密度相等是由歷史原因造成的，因?yàn)檎婵沾艑?dǎo)率是麥克斯韋作為以太密度引入的，它在電磁場理論中只是一個常數(shù)，沒有物理意義。它是為了場與波建立聯(lián)系而引入的，但卻把電磁波理論引入歧途，因?yàn)殡姶艌雠c電磁波具有完全不同的屬性，二者沒有關(guān)系。
1.3.2. 以太的溫度
溫度是表示物體冷熱程度的物理量，微觀上，是物體分子熱運(yùn)動的劇烈程度，在數(shù)值上（絕對溫標(biāo)）等于物體的分子或原子所具有的平均能量除以玻爾茲曼常數(shù)，對于液體和固體，指的是原子的振動能量，對于氣體，指的是粒子的動能，如果粒子沒有振動或運(yùn)動，其溫度為0K。
任何物體，只要它的溫度大于絕對零度，就會產(chǎn)生輻射，以太也不例外。本文認(rèn)為：宇宙微波背景輻射就是以太產(chǎn)生的，它不可能是“大爆炸”的“余燼”，如果是“大爆炸”遺留下來的電磁波輻射，不可能是理想的黑體輻射。因此，完全有理由相信宇宙背景輻射就是以太氣體所產(chǎn)生的輻射。
可以認(rèn)為：地球附近以太的溫度就是宇宙微波背景在黑體輻射光譜上的溫度，其值為2.725K。
1.3.3. 以太的比熱比
比熱比指的是定壓比熱Cp與定容比熱Cv之比，也稱為絕熱指數(shù)。根據(jù)分子運(yùn)動理論，γ的理論值為
，其中n為氣體分子微觀運(yùn)動自由度的數(shù)目。對于以太粒子，可以看成自由質(zhì)點(diǎn)，所以有3個平動自由度，因此，可以認(rèn)為以太的比熱比γ=5/3。
1.3.4. 以太的其他性質(zhì)
我們知道：以太中的波速為3x108 m/s，根據(jù)以太的密度、溫度和比熱比，假設(shè)以太為理想氣體，可推出以太的其它所有性質(zhì)，如表1所示。
表1.以太與空氣的比較
1.4. 以太的運(yùn)動
以太是流體，在引力的作用下，它總是跟隨大質(zhì)量的物體運(yùn)動（這也是邁克爾遜實(shí)驗(yàn)失敗的原因），在地球大氣層內(nèi)，由于大氣的長期拖曳，以太與大氣保持同步。在大氣層外，以地球中心作為參考系，其運(yùn)動速度曲線如圖1所示（D點(diǎn)為月球軌道）。
圖 1. 地球中心為參考系時以太的速度分布（以地球表面為0點(diǎn)）
太陽周圍的以太運(yùn)動速度曲線如圖2所示。
圖 2. 太陽系中黃道面上以太的速度分布（以太陽表面為0點(diǎn)）
從圖1和圖2可以說明為什么地球自轉(zhuǎn)（0.465 km/s）的薩格納克效應(yīng)值可以測量出來，但公轉(zhuǎn)30 km/s的薩格納克效應(yīng)值卻測量不到（中日雙向時間傳遞實(shí)驗(yàn)，在任何時間所測量到的薩格納克效應(yīng)值都相等）的原因，在以地球中心作為參考系時，以太只有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動而沒有其他方向的運(yùn)動（都隨地球繞太陽運(yùn)動）。
1.5. 以太的密度分布
星體周圍的氣體密度分布可表示為
，其中，ρ0表示星體表面的氣體密度，G是引力常數(shù)，M是星體質(zhì)量，m是氣體粒子的質(zhì)量，k是玻爾茲曼常數(shù)，T是氣體的絕對溫度，r0是星體的半徑，r是到球心的距離。以太也不例外，同樣符合氣體在引力作用下的密度分布規(guī)律。例如，假設(shè)地球表面的以太密度為1.257x10-6kg/m3，則距地面100 km處的以太密度為1.257x10-6-2.23 x10-17 kg/m3，可以看出：地球?qū)σ蕴拿芏扔绊懣梢院雎浴τ诖筚|(zhì)量高密度的星體，以太的密度分布就可表現(xiàn)出明顯的不同，例如，銀河中的以太密度分布曲線如圖3所示（其中
，C是距銀河系無限遠(yuǎn)處的以太密度）。
圖3.銀河系中以太的密度與距離的關(guān)系
1.6. 以太存在的證據(jù)
以太無處不在，雖然我們還不能直接對它進(jìn)行測量，但它還是給我們留下了很多的蛛絲馬跡。
1.6.1. 聲光的相似性
聲與光表現(xiàn)出了極大的相似性，每一種相似性都可以說明以太的存在，例如，波速的相似性：
A. 波速只與介質(zhì)有關(guān)，是由介質(zhì)的性質(zhì)決定的；
B. 波速與波源的運(yùn)動無關(guān)，波源決定波的幅度和頻率；
C. 當(dāng)觀察者相對介質(zhì)運(yùn)動時，所觀察到的波速是兩個速度的疊加。
光速不變是有條件的，必須是觀察者相對以太靜止，多普勒效應(yīng)和薩格納克效應(yīng)都證明了光速與聲速具有完全相同的性質(zhì)，中日雙向時間傳遞實(shí)驗(yàn)也證明了光速是可疊加的。
光速不變也證明了光的傳播也是必須存在介質(zhì)的，如果沒有介質(zhì)，光速是無法穩(wěn)定的，因?yàn)椴徽撌枪獾陌l(fā)射過程和傳播過程，都沒有速度穩(wěn)定機(jī)制。
1.6.2. 以太的阻力
對于質(zhì)量較大星體的軌道運(yùn)動，以太并不阻礙它的運(yùn)動，因?yàn)榇筚|(zhì)量星體的引力能夠拖曳以太，從而形成以太流體的整體運(yùn)動，就象用棍子攪動一盆水，當(dāng)棍子與水同步時，水對棍子的阻力就可以忽略了。但是，小質(zhì)量的物體沒有足夠的引力，以太必然會阻礙它的運(yùn)動，例如，國際空間站每年大約消耗7.5噸的燃料來維持軌道，說明空間站存在阻力，主流認(rèn)為全部來至于地球大氣的影響。我們知道：在空氣中，直平面體風(fēng)阻系數(shù)大約為1.0，球體風(fēng)阻系數(shù)大約為0.5，但衛(wèi)星軌道衰減的阻力系數(shù)卻大于1.0，而且高度越高數(shù)值越大（馬淑英等.大氣阻力引起衛(wèi)星軌道衰減的數(shù)值模擬[J].地球物理學(xué)報，2013,56(12): 3980-3987），如圖4所示，圖中四條曲線代表不同形狀的衛(wèi)星（圖片是文中的插圖）。
圖4.大氣阻力系數(shù)（橫坐標(biāo)）與軌道高度的關(guān)系
如果以太不存在，大氣阻力系數(shù)是不可能隨著高度的升高而變大的，因此，必定有一部分阻力是來自于以太，而且軌道越高，以太產(chǎn)生的阻力所占的比例越大。從圖中還可以看出：大氣與以太對物體運(yùn)動的阻礙原理明顯不同，大氣對物體的阻力只與迎風(fēng)面有關(guān)，但以太不僅與迎風(fēng)面有關(guān)，還與物體的厚度及密度有關(guān)。
1.6.3. 金星的大氣環(huán)流
在金星的大氣層頂，有從東到西的持續(xù)大氣環(huán)流，只需要四個地球日就可以環(huán)繞金星一周，而且距表面越低速度越小，這種現(xiàn)象至今無人能夠解釋。這種現(xiàn)象很明顯是外力推動的，如果承認(rèn)以太的存在，引起這一現(xiàn)象的原因可能是地球和水星：由于地球的軌道速度比金星小，而水星的軌道速度比金星大，在水星和地球引力的拖動下，金星軌道內(nèi)外的以太就會出現(xiàn)速度差，使金星周圍的以太按順時針旋轉(zhuǎn)，如圖5所示：
圖 5. 金星周圍以太的順時針運(yùn)動
金星周圍以太的運(yùn)動速度曲線如圖6所示：
圖6. 金星中心為參考系時以太的速度分布（以金星表面為0點(diǎn)）
金星周圍的以太渦旋是地球和水星的引力形成的，而金星的大氣環(huán)流運(yùn)動是以太拖動的。正是金星周圍存在順時針的以太渦旋，在以太的拖曳下，金星大氣才會呈現(xiàn)出從東到西大氣環(huán)流運(yùn)動（這很可能也是金星倒轉(zhuǎn)的原因）。
在其他的行星周圍是否也有類似的以太渦旋呢？有，而且太陽系中的所有行星都存在！其證據(jù)就是逆行軌道。金星的逆行軌道只所以離主星如此之近，是因?yàn)樗鼪]有順行衛(wèi)星（如果有，金星大氣就不會出現(xiàn)環(huán)流運(yùn)動），如果水星有大氣層，水星的大氣也會象金星大氣那樣轉(zhuǎn)動，如果地球外圍沒有月球的存在，地球上的大氣也會象金星大氣那樣運(yùn)動。
1.6.4. 逆行軌道
太陽系中所有氣態(tài)行星外圍的衛(wèi)星幾乎全部逆行，如木星系統(tǒng)中，軌道半徑大于1800萬公里的50多顆衛(wèi)星只有一個例外（Valetudo，它是在2018年發(fā)現(xiàn)的在逆行區(qū)的順行衛(wèi)星，但這顆衛(wèi)星不可能在逆行區(qū)內(nèi)長期存在），其原因還是由于主星軌道內(nèi)外的以太速度差而形成的以太渦旋，木星周圍以太的運(yùn)動速度曲線如圖7所示：
圖7. 木星中心為參考系時以太的速度分布（以木星表面為0點(diǎn)）
木星周圍的以太，與木星中心的相對靜止點(diǎn)大約在1500萬公里處，在1300—1700萬公里范圍內(nèi)沒有任何衛(wèi)星存在。木衛(wèi)四十六是一個例外，它是順行衛(wèi)星中最遠(yuǎn)離木星的一顆，但這顆衛(wèi)星的軌道也會在以太的阻力下，其軌道半徑將逐漸下降，直到以太順行區(qū)，也就是說，在外圍的順行衛(wèi)星不能長時間存在。
為什么衛(wèi)星總是以群居的方式存在？例如，亞南克衛(wèi)星群、加爾尼衛(wèi)星群等，這是因?yàn)橘|(zhì)量大的星體能夠影響以太的運(yùn)動，但以太卻能夠影響小質(zhì)量的星體運(yùn)行，小質(zhì)量星體只有與以太運(yùn)行同步，它才能夠保持軌道的穩(wěn)定。
1.6.5. 太陽系最強(qiáng)的風(fēng)暴
海王星處于太陽系的外圍，行星離太陽越遠(yuǎn)，驅(qū)動風(fēng)暴的能量就越少，但海王星上卻存在太陽系中最強(qiáng)的風(fēng)暴，測量到的風(fēng)速高達(dá)2400km/h，而且風(fēng)向與海王星的自轉(zhuǎn)方向相反，其原因就是海衛(wèi)一的逆行，它對以太的拖動能力比海王星表面對以太的轉(zhuǎn)動能力大，從而引起海王星周圍的以太反轉(zhuǎn)。如果這樣的情況繼續(xù)下去，海王星的自轉(zhuǎn)周期將有較快的上升。海王星周圍的以太速度如圖8所示：
圖8. 海王星中心為參考系時以太的速度分布（以海王星表面為0點(diǎn)）
與其他大型衛(wèi)星不同，海衛(wèi)一運(yùn)行于逆行軌道，它是被海王星近期俘獲的，由于它占圍繞海王星公轉(zhuǎn)的所有質(zhì)量的99.5％（包括海王星環(huán)和其他13個已知的衛(wèi)星），因此，對海王星的運(yùn)行造成了極大的影響：它的順行衛(wèi)星將會逐漸消失（軌道逐漸降低，最后墜入海王星），而且它的自轉(zhuǎn)速度也會加速變慢。
1.6.6. 較差自轉(zhuǎn)
擁有順行衛(wèi)星的星體，其赤道的自轉(zhuǎn)角速度大于兩極，例如：太陽（赤道附近每25天轉(zhuǎn)一圈，極區(qū)37天轉(zhuǎn)一圈）、木星（赤道9小時50分鐘，極區(qū)9小時55分鐘）、土星、天王星等。但擁有逆行衛(wèi)星的星體則相反，例如：海王星的赤道自轉(zhuǎn)周期約為18小時，在兩極只有12小時。海王星的較差自轉(zhuǎn)是太陽系中最明顯的，還是因?yàn)楹Ｐl(wèi)一的逆行，星體自身結(jié)構(gòu)內(nèi)部的對流并不能解釋較差自轉(zhuǎn)。
可見，在太陽系中，總體上是以太跟隨著行星運(yùn)動，但每個行星周圍的以太都存在一個逆行軌道，在太陽系的外圍，以太同樣存在逆行軌道，逆行的慧星就是最好的證明。以太的運(yùn)動規(guī)律是：大質(zhì)量天體拖曳以太，但以太能影響小質(zhì)量天體（也包括微觀粒子）的運(yùn)行。
1.6.7. 太陽風(fēng)的產(chǎn)生
人們普遍認(rèn)為磁場對于產(chǎn)生持續(xù)高速的太陽風(fēng)有著特殊重要作用，但磁場是如何對太陽風(fēng)產(chǎn)生影響的？磁場是從哪里來的？誰也說不清楚。
本文對太陽風(fēng)的產(chǎn)生有如下觀點(diǎn)：
渦旋與噴流在太陽大氣中無處不在，在活動區(qū)、寧靜區(qū)以及冕洞區(qū)域都能觀測到渦旋與噴流的存在，并在各個太陽大氣層中均能觀測到，例如色球噴流及日冕噴流等。
太陽風(fēng)最初是在色球中產(chǎn)生的，色球中的針狀物就是太陽風(fēng)的起點(diǎn)。在色球中，可以發(fā)現(xiàn)太陽的邊緣有很多毛刺狀的噴流（即針狀物），這些針狀物間歇性地以約20公里每秒的速度從色球?qū)訃姵龅饺彰嶂?，從而完成對太陽風(fēng)的第一次加速。
日冕中也同樣存在噴流，但日冕中的噴流原理與色球中的噴流稍有不同，日冕中的噴流原理相當(dāng)于地球上的水龍卷，而色球中的噴流相當(dāng)于火龍卷。日冕中的噴流結(jié)構(gòu)為：纖細(xì)的絲狀物，長長的環(huán)狀物以及類似指紋一樣的螺紋在整個日冕中起舞。阿爾夫文的理論也認(rèn)為，日冕中存在“太陽磁通管”（俗稱為太陽上的“小噴泉” ），本文認(rèn)為：所謂的“太陽磁通管”應(yīng)該就是以太為主體的渦旋，這就是太陽風(fēng)的第二次加速。
地球上也存在颶風(fēng)，但為什么它不能把空氣分子拋出大氣層呢？我們知道：地球上的颶風(fēng)一般不超過3萬米的高度，這是因?yàn)楦呖盏目諝饷芏刃?。但太陽日冕外層的大氣密度也不大（約為10-12 kg/m3），它是如何把質(zhì)子和電子拋出去的呢？這就必須依靠以太的幫助，如果以太不存在，這種加速機(jī)制只會存在于色球和日冕的底層中。在日冕底層中的質(zhì)子密度與以太的密度（1.26x10-6 kg/m3）相當(dāng)，因此，噴流可以在日冕層中一直存在。如果把日冕中的噴流與地球上的水龍卷作比較：質(zhì)子的作用相當(dāng)于水蒸汽，以太相當(dāng)于空氣，質(zhì)子向上加速過程是螺旋式的，與地球上水龍卷中水分子的上升路徑相似。
可見，太陽風(fēng)的形成是渦旋與噴流的產(chǎn)物，屬于自加速，但能量來源于光球。在色球?qū)又校瑴u旋以激態(tài)的氫原子為主，色球?qū)又械尼槧钗锞褪羌ぐl(fā)態(tài)的氫原子向上加速所表現(xiàn)出來的現(xiàn)象。在日冕層，渦旋以以太為主，美國宇航局的界面區(qū)域成像光譜儀（IRIS）所拍攝的納米噴氣流應(yīng)該就是這種渦旋，這種渦旋只存在于以太密度大于太陽大氣密度的區(qū)域。
1.6.8. 太陽風(fēng)的切向速度
現(xiàn)代觀測已經(jīng)證明，地球附近太陽風(fēng)的前進(jìn)方向總是垂直于地球運(yùn)動的方向，也就是說，太陽風(fēng)的橫向速度與地球的軌道速度相等（地球的弓形激波為證）。
從彗星的離子尾也可以看出：太陽風(fēng)的切向速度總是與彗星垂直于太陽的軌道速度分量相等（因?yàn)殡x子尾是太陽風(fēng)造成的，而且它總是在太陽和彗星的連線上），如圖9所示。如果彗星的軌道是圓形的，太陽風(fēng)的切向速度必定與彗星的軌道速度相等（小于水星軌道的彗星除外）。
圖9.彗星的離子尾（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）
隨著帕克探測器的升空，觀測到在距離太陽36倍太陽半徑的地方，太陽風(fēng)的切向速度峰值可達(dá)每秒30~50千米，明顯大于理論預(yù)言，挑戰(zhàn)了日冕繞太陽環(huán)流的模型，構(gòu)成了一個未解之謎。本文認(rèn)為：太陽風(fēng)的切向速度是由以太的運(yùn)動引起的，它應(yīng)該與以太保持同步，其速度曲線應(yīng)該如圖2所示。
1.6.9. 星系的結(jié)構(gòu)
以太是宇宙的主角，星系的渦旋結(jié)構(gòu)就是最好的證明。如圖10所示，它與地球上的氣旋結(jié)構(gòu)相似：內(nèi)核作剛體旋轉(zhuǎn)，外層作較差旋轉(zhuǎn)，中心具有噴流。如果沒有以太，星系核是不可能作“剛體旋轉(zhuǎn)”的，中心也不可能存在噴流，結(jié)構(gòu)也不可能如此相似。
A.地球上的氣旋照片 B. 渦旋星系 NGC1232
圖10.地球上的氣旋與渦旋星系的比較（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）
1.6.10. 暗物質(zhì)是什么？
最早提出“暗物質(zhì)”可能存在的是天文學(xué)家卡普坦，他于1922年提出可以通過星體系統(tǒng)的運(yùn)動，間接推斷出星體周圍可能存在的不可見物質(zhì)。一百年過去了，科學(xué)界仍然對暗物質(zhì)一無所知，究竟暗物質(zhì)是什么？如果承認(rèn)以太的存在，暗物質(zhì)可以定義為：由于以太密度的分布不勻，而產(chǎn)生的附加質(zhì)量。
在地球上，空氣的密度可表示為
，由于空氣密度不均所產(chǎn)生的附加質(zhì)量可表示為
，其中L = r0 + h（h為距地球表面的高度），也就是說，當(dāng)我們計算地球的引力時，需要加上空氣的附加質(zhì)量。例如，當(dāng)h=1000米時，由于可以忽略溫度的變化，空氣的密度與高度的關(guān)系可簡化為
，附加質(zhì)量也可以簡化為
，取ρ0=1.29 kg/m3，r0=6.4x106 m，可以算出md=2.5x1016 kg ，而厚度為1公里的空氣質(zhì)量約為
= 5.1x1017 kg。之所以存在附加質(zhì)量，就是因?yàn)榭諝獾拿芏炔痪鶆?，如果空氣的密度是均勻的，附加質(zhì)量就不存在。當(dāng)h超過100公里時，可以認(rèn)為附加質(zhì)量就是所有空氣的質(zhì)量?，F(xiàn)在我們知道空氣的存在，但如果否定空氣的存在，它就是暗物質(zhì)。
由于以太是流體，它的密度分布與附近的星體質(zhì)量密切相關(guān)，大質(zhì)量的星體附近的以太密度高，遠(yuǎn)處的密度低，當(dāng)我們計算這個星體產(chǎn)生的萬有引力時，必須把由于以太密度不均產(chǎn)生的附加質(zhì)量計算在內(nèi)，這個附加質(zhì)量就是暗物質(zhì)。
可見，暗物質(zhì)并不是物質(zhì)，只是以太粒子參與了引力作用，如果以太密度是均勻的，引力各向同性，就沒有附加質(zhì)量。如果不承認(rèn)以太的存在，或許我們永遠(yuǎn)無法弄清楚暗物質(zhì)是什么。
2. 光的產(chǎn)生
光是如何產(chǎn)生的？科學(xué)界并沒有給出令人滿意的解釋，因?yàn)槲覀儾恢拦馐鞘裁?。目前，主要有兩種說法：一種認(rèn)為光是特定頻段的光子流，是電子躍遷產(chǎn)生的；另一種認(rèn)為光是電磁波，是電場與磁場的交替振蕩，是電子振動產(chǎn)生的。
第一種說法是主流，但是，我們并不知道光子是什么，也不知道電子是如何躍遷的，更不知道光子是如何產(chǎn)生的。科學(xué)不是神話，如果光子是什么都搞不清楚，其他的問題就會更加糊涂。第二種說法也得到很多人的贊同，但我們并不知道電場是什么，主流認(rèn)為電場是一種特殊物質(zhì)，它是什么呢？誰也不知道，拿我們不知道的東西去說明其他現(xiàn)象，并不比神話更高明。
本文認(rèn)為：光就是以太中的波（由于歷史原因，仍然稱之為電磁波），與聲音一樣，是由粒子振動產(chǎn)生的，與粒子是否帶電無關(guān)。光子與聲子一樣，都是人們創(chuàng)造的概念，實(shí)際并不存在。電磁場與電磁波沒有關(guān)系，電磁場是電場與磁場的通稱，電場是帶電粒子產(chǎn)生的，是粒子固有的屬性，而磁場是帶電粒子運(yùn)動產(chǎn)生的，是電場的運(yùn)動效應(yīng)，而電磁波是一種機(jī)械波，具有介質(zhì)波的共性。
2.1. 光的產(chǎn)生方式
從原理上，光的產(chǎn)生方式與聲音是一樣的，可以歸納為以下幾種：
一是簡諧振動發(fā)光，其特征是粒子以角頻率ω簡諧振動，發(fā)光強(qiáng)度與振幅的平方成正比，光的頻率與粒子的振動頻率相同，發(fā)光方向與粒子的振動方向相同，固體的發(fā)光屬于簡諧振動發(fā)光；
二是軔致發(fā)光，是粒子的運(yùn)動突然轉(zhuǎn)向時所產(chǎn)生的，粒子所輻射的光能量與它的急動度（加速度對時間的微分）成正比，發(fā)光方向與粒子的速度方向相同，原子的發(fā)光就屬于此類（其特征是：電子的橢圓軌道運(yùn)動），X射線譜也屬于此類；
三是運(yùn)動發(fā)光，是粒子在以太中的運(yùn)動所產(chǎn)生的，發(fā)光方向與粒子的速度方向相同，這種方式所產(chǎn)生的波的能量很弱，氣體發(fā)光就屬于此類，只有當(dāng)粒子的速度接近光速時，粒子所輻射的能量才比較明顯。
2.2. 射電波的產(chǎn)生
射電波是指電磁波的低頻波段，射電波一般是由自由電子產(chǎn)生的，與原子核及內(nèi)層電子無關(guān)，下面以偶極子天線為例說明。
圖11.偶極子發(fā)射天線
如圖11所示，偶極子天線實(shí)際上就是兩根金屬棒的組合。天線的發(fā)射場分為遠(yuǎn)場和近場，但遠(yuǎn)場與近場具有本質(zhì)的區(qū)別，偶極子天線上的電流是時變的，但它所激發(fā)的電磁場卻與靜態(tài)電磁場的特點(diǎn)完全相同。在天線周圍所產(chǎn)的電磁場（近場）可表示為（以振子中心為原點(diǎn)）：
，其中L是電偶極子天線的長度，它與靜態(tài)的電偶極子所產(chǎn)生的電場在形式上完全相同，但偶極子天線周圍的電磁波（遠(yuǎn)場）可表示為：
，其中
是波阻抗。
可以看出：天線既能產(chǎn)生電磁場，也能產(chǎn)生電磁波，但場與波是有本質(zhì)區(qū)別的，場是靜態(tài)的，是沒有波動的，最明顯的是沒有波動因子
，場是物質(zhì)的屬性，是物質(zhì)固有的，不存在傳播的問題，是與生俱有的，而波是介質(zhì)密度的變化，是能量在介質(zhì)中的傳播。在天線的發(fā)射場內(nèi)，近場是電磁場，其中的電場只與天線上的電勢有關(guān)，與電流無關(guān)，而磁場只與天線中的電流有關(guān)，與電勢無關(guān)。也就是說，只要存在凈電荷，一定存在電場，只要存在電荷的運(yùn)動，就一定存在磁場，但電磁波不同，它是電子振動產(chǎn)生的，與電子是否帶電無關(guān)。我們知道：天線的發(fā)射效率只與駐波比有關(guān)，與電流和電壓的大小沒有關(guān)系，如果天線與發(fā)射機(jī)的阻抗不匹配，天線是不能有效發(fā)射電磁波的（但電磁場與阻抗是否匹配無關(guān)），那么，電子是如何振動的呢？這要從導(dǎo)體中不能長期存在凈電荷說起。
當(dāng)電源從導(dǎo)體的一端輸入電子時，由于密差的原因，電子就開始向外擴(kuò)散，與其它流體的擴(kuò)散原理相同，是密度波的傳播。由于導(dǎo)體內(nèi)無法長期保存多余的電子，多余的電子必然會跑到導(dǎo)體的表面，就象氣球在水中的表現(xiàn)一樣（當(dāng)氣球達(dá)到水面時，必然產(chǎn)生振蕩）。為什么電磁波的產(chǎn)生與駐波比有關(guān)呢？所謂的駐波其實(shí)就是電子的密度波，當(dāng)電子的密度波疊加時，電子的振蕩幅度會明顯的加強(qiáng)，所產(chǎn)生的輻射會明顯增加，電子密度最大的地方就是電磁波輻射最強(qiáng)之處。
必須說明的是：電磁場與電磁波沒有關(guān)系，是兩種完全不同的概念，例如：一根直導(dǎo)線，當(dāng)它通入電流時，由于存在電子的運(yùn)動，它周圍就會存在磁場，如果電流是時變的，它周圍的磁場也是時變的，但是這個時變的磁場卻不能產(chǎn)生電場，那么，導(dǎo)線周圍的電場是如何產(chǎn)生的呢？是電荷的密度產(chǎn)生的！可表示為：
。雖然無限長直導(dǎo)線的磁場與電場的關(guān)系符合麥克斯韋方程（如果導(dǎo)線不是直的或無限長，方程不成立），但電場確實(shí)不是磁場產(chǎn)生的。再舉一個例子，如圖12所示是一個帶有線圈的磁棒，如果線圈中通入時變電流，則磁棒周圍就會產(chǎn)生變化的電場和變化的磁場，但是，如果把線圈屏蔽，周圍將檢測不到電磁波的存在（因?yàn)闆]有電子的振動），而周圍的時變電場和時變磁場卻不受影響，而且符合麥克斯韋方程。
圖12.只能產(chǎn)生電磁場的天線
可見，把電磁波當(dāng)作電磁場的振蕩是歷史原因造成的，是科學(xué)發(fā)展的必然過程，在沒有電荷的真空中，是不存電磁場的，麥克斯韋方程的成立也必須有電荷的存在，沒有電荷就沒有電場，沒有電荷的運(yùn)動就沒有磁場。電磁場與電磁波可以是同源的，也就是說，同一個波源即可以產(chǎn)生電磁場，也可以產(chǎn)生電磁波，但二者卻具有完全不同的性質(zhì)：
l 電磁場只能存在于源的附近，但電磁波卻可以存在于遠(yuǎn)離源的地方；
l 電磁場不能脫離源而存在，但電磁波卻可以；
l 電磁場中不存在相位因子
，但電磁波中一定存在相位因子。
l 交變的電磁場與電磁波都能使電子產(chǎn)生振動，但電磁場的作用與電子所帶電荷有關(guān)，而且只能作用于帶粒子，而電磁波的作用與電子所帶電荷無關(guān)，可作用于任何粒子，例如，激光可以冷卻任何粒子，不論粒子是否帶電。
2.3. 熱致發(fā)光
熱致發(fā)光是最常見的發(fā)光形式，現(xiàn)在最流行的理論就是振動躍遷，但振動是如何躍遷的呢？沒有人描述。實(shí)際上，熱致發(fā)光與熱噪聲的原理是一樣的，無論是光或聲，其頻率都是物體（或粒子）振動的頻率。
任何物體只要溫度相同，熱致發(fā)光的頻譜都基本相同，也就是說，光的頻譜只與溫度有關(guān)，而原子振動的頻率也只與溫度有關(guān)，與原子的類型無關(guān)。但是，怎樣證明物體輻射的頻率就是原子振動的頻率呢？
證明物體輻射的頻率就是原子振動的頻率的思路：首先找出粒子最大動能密度所對應(yīng)的振動頻率，然后找出物體輻射的最大密度譜所對應(yīng)的頻率，如果兩個頻率相等，就可以說明。當(dāng)物體熱致發(fā)光時，原子一般處于基態(tài)（核外電子都處于基態(tài)軌道上），可以把原子看成一個整體，不需考慮電子的作用，特別是固體，電子沒有存在激態(tài)的空間，也就沒有電子躍遷的可能。
2.3.1. 氣體狀態(tài)下的熱致發(fā)光
根據(jù)麥克斯韋-波爾茲曼函數(shù)
，由于F(v)的物理意義是：當(dāng)溫度T一定時，單位速度范圍的粒子所占的比例數(shù)，因此粒子的動能密度分布函數(shù)可表示為
，平均動能可表示為
，其物理意義是加權(quán)平均值。
令
，可得
，也就是說，當(dāng)
時，粒子的動能密度最大。由于氣體的輻射頻率與氣體粒子速度的關(guān)系為
（從
，
得出），因此，當(dāng)粒子的振動頻率為
時，氣體的輻射能力最強(qiáng)。
證明的第一步已完成，但最大密度譜所對應(yīng)的頻率比較難求，因?yàn)槲覀儨y量到的最大密度譜所對應(yīng)的頻率有兩個，一個是以波長為單位的光譜輻射
，其峰值符合維恩定律：,另一個是以頻率為單位的光譜輻射
，其峰值為
。
同一個輻射只能有一個最大值，怎么會出現(xiàn)兩個最大值呢？之所以單位波長的峰值功率與單位頻率的峰值不同，是由于所取的間隔不是常量造成的，因此，可定義單位頻寬解決。
根據(jù)黑體輻射定律，單位波長的功率密度譜為
、單位頻率的功率密度譜為
，由于能量的輻射率
，因此，
，定義
為單位頻寬，則單位頻寬的功率譜密度為
，可以求出：單位頻寬的功率密度最大時
。
可以看出，粒子的最大動能密度處的頻率為
，而輻射波的最大能量密度處的頻率為
，二者并不相等，但相差不大，為什么呢？
圖13.維恩曲線與普朗克曲線的比較(Mathematics圖)
從上面的推導(dǎo)過程可以看出：粒子的最大動能密度處的頻率采用的是麥克斯韋-波爾茲曼函數(shù)，而輻射波的最大能量密度處的頻率采用的是黑體輻射定律，但黑體輻射定律是從固體的實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出來的，難道固體的黑體輻射定律與氣體不同？假設(shè)氣體單位頻寬的黑體輻射符合
（本文稱為維恩曲線），可以求出：單位頻寬的功率密度最大時
，圖13是兩種曲線的比較。
為什么固體與氣體所輻射的能量密度曲線會不同呢？
首先，實(shí)驗(yàn)用黑體都是固體（氣體的輻射太弱），在固體中，原子并不是孤立的，原子間相互影響?？梢圆聹y：如果不考慮原子間的相互影響，黑體的能量輻射譜符合維恩曲線，但當(dāng)考慮相互影響時，黑體輻射符合普朗克曲線，也就是說，固體輻射符合普朗克曲線，而氣體輻射符合維恩曲線。其原因可能是：由于原子共振時
，原子的振動能量與頻率成正比（振動能量
）。當(dāng)溫度一定時，由于振動頻率高的原子振動幅度小，原子之間的聯(lián)系性不強(qiáng)，其頻率分布方式趨向于氣體，但振動頻率低的原子，它的振幅較大，結(jié)果是相鄰原子之間的聯(lián)系增強(qiáng)，也就是說，相鄰原子振動的頻率趨于一致，其振動頻率的分布與氣體有一定的差別。這可能就是維恩曲線與普朗克曲線在高頻時相同，低頻時有一定差異的原因。
2.3.2. 固體的熱致發(fā)光
對于固體如何證明原子的振動頻率與它所輻射的頻率相等呢？由于現(xiàn)代科技還無法直接測量固體中原子的振動頻率和振動幅度，也無法知道原子的振動頻率的分布規(guī)律，因此，無法求出原子最大能量密度處的頻率，只能求出原子的平均振動頻率。
由于固體中原子的平動和轉(zhuǎn)動能量可以忽略，也就是說，原子只存在振動能量。設(shè)原子的振動方程為
，則原子振動的能量為
，由于
，可以得出每個原子的平均能量為
，由于固體的內(nèi)能是由原子的振動產(chǎn)生的，根據(jù)能量均分定理，原子的自由度為3，因此，它的平均能量為
，由此可得原子振動的平均頻率為
。
在氣體中，由于氣體粒子的均方根速率為
，粒子的平均平動動能為
，由于
，可得出粒子的平均振動頻率也為
，其平均動能也可表示為
。
可見，不管是固體還是氣體，當(dāng)溫度一定時，粒子的平振動頻率都是
，但粒子的最大動能密度處的頻率稍有差別。
固體輻射的平均（加權(quán)）頻率是多少呢？
如果所分析的固體是一黑體，要想求出黑體所輻射的加權(quán)平均頻率，就必須知道數(shù)密度分布。假設(shè)黑體所輻射的能量是由一個個能量為hf的光子所組成，當(dāng)黑體的溫度為T時，在單位時間、單位面積所輻射的總光子數(shù)為N。由于單位頻率功率密度譜
，則單位頻率內(nèi)的光子數(shù)密度為
。設(shè)B(f,T)為光子數(shù)密度函數(shù)，歸一化后可表示為：
，則黑體輻射的平均（加權(quán)）頻率可表示為
。
可以看出：固體中粒子的平振動頻率與黑體輻射的平均（加權(quán)）頻率并不完全相等，但也相差不大，其原因是：固體中的平振動頻率是按照能量均分定理求出的，實(shí)際上，能量均量均分定理在固體中只是近似成立。如果氣體的輻射符合維恩曲線
，可以計算出它的輻射平均（加權(quán)）頻率恰好是
。
2.3.3. 小結(jié)
對于熱致發(fā)光，雖然沒有嚴(yán)格證明光的頻率就是原子振動的頻率，但也相差不大。可以認(rèn)為：氣體的熱致發(fā)光是原子運(yùn)動產(chǎn)生的，屬于運(yùn)動發(fā)光，與電子無關(guān)，其輻射譜符合維恩曲線。固體的熱致發(fā)光是原子振動產(chǎn)生的，也與電子無關(guān)（此時的電子處于基態(tài)）。原子所輻射的能量只與原子振動頻率有關(guān)，而與原子的振動幅度無關(guān)。由于粒子振動方向是可變的，因此，能量是一份一份的。物體的輻射頻率與原子的振動頻率相等，原子的振動能量經(jīng)過以太傳播出來就是輻射，與聲音的產(chǎn)生與傳播原理是一樣的。
溫度與最大輻射能量密度時的頻率及波長應(yīng)該是對應(yīng)關(guān)系，而且只能是一個，因此，對于黑體，本文定義：溫度與峰值功率時的頻率和波長關(guān)系為：
，
，不再區(qū)分
和
，例如：太陽的表面溫度為5800K，則太陽輻射的峰值頻率為：4.375x1014Hz，峰值波長為：6.33x10-7m。
需要說明的是：聲與光的產(chǎn)生也存在不同之處：聲波的平均能量密度與振幅A和角頻率ω都有關(guān)系：
，但光波的能量只與頻率有關(guān)，這是為什么呢？因?yàn)槲⒂^粒子與宏觀物體的振動是有區(qū)別的，宏觀物體的振動一般是需要外力的，例如，鑼不敲不響，外力越大，振幅越大。但微觀粒子的振動是不需外力的，是自主振動，是按照自身的固有頻率振動，而且符合
。
2.4. 原子發(fā)光
熱致發(fā)光一般與電子無關(guān)，因?yàn)樵右话闾幱诨鶓B(tài)，但原子的發(fā)光指的就是原子處于激發(fā)態(tài)時的發(fā)光。原子發(fā)光屬于軔致發(fā)光，是電子繞核運(yùn)動時在近核點(diǎn)產(chǎn)生的，與空氣中的“響鞭”（一種民間運(yùn)動）具有相似的原理。
2.4.1. 原子的基態(tài)
與主流不同，本文認(rèn)為：任何原子的核外電子都有確定的軌道，其軌道的分布遵循兩個原則：
一是軌道共振原則，指的是任何電子繞核運(yùn)動時，其共振頻率
與軌道頻率
相等或倍數(shù)，當(dāng)二者相等，也就是軌道角動量
（?為約化普朗克常數(shù)）時，稱之為軌道共振，當(dāng)
時（共振頻率是軌道頻率的2倍），稱為準(zhǔn)軌道共振。只要電子繞核運(yùn)行，電子必然會選擇一個共振軌道或準(zhǔn)共振軌道。因此，本文作如下假設(shè)：
第一，任何基態(tài)原子，第一層電子數(shù)不超過2個，其軌道角動量等于?，其它任何軌道的角動量都等于2?。
第二，能量最低原則，在不違背軌道共振原則的前提下，電子盡可能先占據(jù)能量較低的軌道，使原子體系的總能量最低。它包含兩個方面的內(nèi)容：
1、每個電子占據(jù)一個軌道，其軌道總是處于其它電子屏蔽最小的空間；
2、電子軌道的分布方式總是使整個原子的能量最低。
根據(jù)這兩個假設(shè)可以推斷出原子的核外電子分布：
A.氫原子
氫原子是最簡單的原子，其軌道參數(shù)為：角動量
，根據(jù)靜電力與離心力相等，可以導(dǎo)出軌道速度
= 2.19x106 m/s，半徑
= 52.9 p m，能量
= -13.6 ev。氫原子的電子軌道平面也會以原子核為中心轉(zhuǎn)動，形成所謂的“電子云”，如圖14所示。
圖14.氫原子的電子軌道示意圖
B.氦原子
根據(jù)能量最低原則，兩個電子的軌道平面必然相互垂直（因?yàn)橹挥邢嗷ゴ怪辈拍苁闺娮娱g的屏蔽系數(shù)最?。壍绤?shù)相同，相位差為180度（指電子通過頂點(diǎn)時的相位），如圖15所示。圖中E、F為軌道的兩個頂點(diǎn)，兩個頂點(diǎn)的連線稱為中軸線，也是兩個軌道平面的交叉線。
圖15.氦原子的軌道模型
設(shè)兩電子的軌道半徑均為r，當(dāng)兩個電子的位置處于E、F兩點(diǎn)時，電子之間的斥力為
，也就是說，電子之間的最小屏蔽系數(shù)為0.25，當(dāng)兩個電子處于A、D（或C、B）兩點(diǎn)時，它們之間的斥力最大為
，在x和z軸方向的分力為
，其最大屏蔽系數(shù)為
0.35，可以認(rèn)為：氦原子基態(tài)時兩電子間的平均屏蔽系數(shù)為
=(0.25+0.35)/2= 0.30，與斯萊脫規(guī)則相一致，可以得出電子的引力系數(shù)X= 2- 0.3= 1.7。根據(jù)引力與離心力相等：
和電子的角動量等于?，可得：軌道速度
= 3.72x106m/s，軌道半徑
= 31.1 pm，軌道周期
= 0.052 fs，軌道能量
= -39.34 ev（實(shí)驗(yàn)值為39.5ev），所得出的基態(tài)能量-78.68ev比利用微擾法或變分法都要原理清晰、方法簡單、結(jié)果準(zhǔn)確（誤差為0.4%），說明了軌道模型的正確性。
另一種方法是根據(jù)電離能：由于在同一電子層中的兩個電子相互影響，當(dāng)其中的一個電子脫離基態(tài)被電離時，另一個電子的軌道會收縮，屏蔽系數(shù)會增大，從而使被電離電子的勢能變大。當(dāng)氦原子的兩個電子處于基態(tài)時，已知第一電離能D1=24.59 ev，設(shè)兩個電子的軌道能量均為x，電離前系統(tǒng)的總能量為2x+ 24.59，電離后，被電離的電子能量為0，另一個電子的軌道參數(shù)也發(fā)生了變化：由于角動量還是
，但引力系數(shù)變?yōu)?，則半徑變?yōu)椴柊霃降囊话?，能量變?yōu)闅湓幽芰康?倍，即-54.4ev，由于能量守恒：x=(-54.4- 24.59)/2= -39.5 ev ，可得基態(tài)時電子的速度為
= 3.727x106 m/s，軌道半徑
= 31.06 pm，屏蔽系數(shù)
= 0.297（r0=52.9 pm）。
C.鋰原子
如圖16所示，兩個內(nèi)軌道電子的軌道結(jié)構(gòu)與氦原子一樣，兩個軌道平面相互垂直，半徑相等，而外電子軌道的平面與內(nèi)電子軌道的平面夾角均為45度，處于兩個內(nèi)電子軌道平面的平分線上，三個軌道平面相交于中軸線。
圖16.鋰原子的軌道平面模型
兩個內(nèi)電子軌道參數(shù)的計算方法與氦原子一樣，可以利用斯萊脫規(guī)則：軌道速度
= 5.91x106m/s，軌道半徑
= 19.6 pm，軌道周期
= 0.021 fs，軌道能量
= - 99.18 ev。也可以利用電離能：鋰原子的第二電離能為-75.65ev，第三電離能為-122.47ev，二者的平均值即為軌道能量E=-99.06 ev，速度
= 5.903x106 m/s，半徑
= 19.61 pm。
對于外軌道電子的參數(shù)，可用三種方法求出：
第一種，根據(jù)斯萊脫規(guī)則，內(nèi)層電子對外層電子的屏蔽系數(shù)約為0.85，可得外層電子的引力系數(shù)X=3- 2*0.85= 1.3，根據(jù)電子的角動量為2?可得：電子的速度
= 1.42x106m/s，半徑
= 163 pm，軌道周期
= 0.7 fs，軌道能量
= -5.7 ev。
第二種，根據(jù)電離能，已知鋰原子的第一電離能為5.39ev，由于軌道能量與電離能相等，可得軌道速度
=1.377x106m/s，軌道半徑
= 168.13 pm，引力系數(shù)X=4r0/r= 1.26，屏蔽系數(shù)
= 0.87。
第三種，根據(jù)光譜值，已知鋰原子的第一線系限波長為 λ= 229.96 nm，所對應(yīng)的就是外軌道電子的軌道周期
= 0.767 fs，由于
，
，可求出軌道速度
= 1.377x106m/s，半徑
= 168.13 pm。
可見，根據(jù)電離能和光譜值所得出的結(jié)果完全一樣。斯萊脫規(guī)則是估算值，精確度較低，計算出的鋰原子基態(tài)能量為-99.18x2 - 5.7= -204.06 ev（誤差為0.27%），但比雙參數(shù)微擾法簡單得多。
2.4.2. 光譜產(chǎn)生的原理
與躍遷理論（該理論認(rèn)為光是由電子的躍遷產(chǎn)生的）不同，本文認(rèn)為：原子的發(fā)光是由于核外電子的橢圓運(yùn)動產(chǎn)生的，屬于軔致發(fā)光，是驟然改變物體的速度方向而產(chǎn)生的。電子在近核點(diǎn)的加速度最大，速度最高，發(fā)光也最強(qiáng)，發(fā)光方向?yàn)殡娮舆\(yùn)動的切線方向。電子在不同的軌道上運(yùn)動所發(fā)出的光的頻率不同，但在基態(tài)或線系限軌道（指圓形軌道）上運(yùn)動時不發(fā)光。電子每電離一次，在復(fù)合的過程中，都會發(fā)出一系列的光。電子橢圓運(yùn)動時所發(fā)出的光是脈沖形式的（主要集中在近核區(qū)發(fā)光），但周期性的脈沖就是連續(xù)的光波，光的頻率就是電子的軌道頻率。只要電子在橢圓軌道上運(yùn)動，原子就能發(fā)光，其發(fā)光強(qiáng)度與電子的急動度成正比。原子在基態(tài)時，電子是圓周運(yùn)動，其軌道沒有急動度，也就沒有輻射，但當(dāng)原子受激時，外層電子的軌道將產(chǎn)生偏心，從而產(chǎn)生光譜，這里作如下假設(shè)：
A. 每一個激發(fā)態(tài)對應(yīng)一個線系；
B. 同一個激發(fā)態(tài)中的軌道角動量都相等；
C. 電子的每個橢圓軌道與光譜值都一一對應(yīng)；
D. 軌道角動量的取值為：
、
、
、
等。
根據(jù)上述假設(shè)，氫原子激態(tài)時的軌道示意圖如圖17所示，軌道參數(shù)如表2所示。
圖17.氫原子的軌道示意圖（紅色是基態(tài)軌道，黃色為第一激態(tài)，
綠色為第二激態(tài)，藍(lán)色為第三激態(tài)）
表2.氫原子的軌道參數(shù)與光譜
2.4.3. 小結(jié)
任何原子中的電子都有確定的軌道（如果沒有確定的軌道，它的能級從何而來呢？），其參數(shù)是由共振原則與能量最低原則確定的，當(dāng)原子由于某種原因（例如：碰撞、電磁場或電磁波的擾動等）被激發(fā)后，電子只是暫時不在能量最低的軌道上運(yùn)動，但能量最低原則并沒有失效，電子總的趨勢仍然是向能量最低的軌道過渡，只是在某些特定的橢圓軌道（與系限軌道的周期具有整數(shù)比）上停留的時間較長，與行星或衛(wèi)星的軌道共振具有一定的相似性（但原理不同）。
2.5. 激光
學(xué)界主流對激光產(chǎn)生的描述仍然采用的是躍遷理論，但對原子處于某個能級時的物理狀態(tài)則是只字不提，例如，核外電子的軌道參數(shù)等。如果電子處于不確定狀態(tài)，它為什么會有確定的能量？因此，這種理論只能是一種假說。本文認(rèn)為：激光就是某種粒子的共振所產(chǎn)生的。
宇宙的大多數(shù)物質(zhì)都是有彈性的，大到行星小到原子，幾乎都能以一個或多個固有頻率來振動。共振是物理學(xué)上的一個運(yùn)用頻率非常高的專業(yè)術(shù)語，不僅在物理學(xué)上運(yùn)用頻率非常高，而且共振現(xiàn)象也是一種宇宙間最普遍和最頻繁的自然現(xiàn)象，所以在某種程度上甚至可以這么說，是共振產(chǎn)生了宇宙和世間萬物，沒有共振就沒有世界。
2.5.1. 紅寶石激光器
紅寶石激光器是世界上第一臺激光器，工作物質(zhì)是紅寶石棒，其基質(zhì)是Al2O3，內(nèi)摻有約0.05%的Cr2O3，Cr3+在晶體中取代Al3+位置而均勻分布在其中，在氙燈照射下，有波長為694.3nm的激光輸出。
傳統(tǒng)理論認(rèn)為：紅寶石晶體中原來處于基態(tài)E1的粒子，吸收了Xe燈（波長為500nm）發(fā)射的光子而被激發(fā)到E3能級。粒子在E3能級的平均壽命很短（約10-9秒）。大部分粒子通過無輻射躍遷到達(dá)激光上能級E2。粒子在E2能級的壽命很長，可達(dá)3×10-3秒。所以在E2能級上積累起大量粒子，形成E2和E1之間的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，此時晶體對頻率f滿足hf=E2—E1（其中h為普朗克常數(shù)，E2、E1分別為激光上、下能級的能量）的光子有放大作用，即對該頻率的光有增益。當(dāng)增益G足夠大，能滿足閾值條件時，在部分反射鏡端會有波長為0.6943微米的激光輸出。
但是，紅寶石晶體中處于基態(tài)E1的Cr2O3是什么狀態(tài)？E2和E3又是什么狀態(tài)？是怎樣激發(fā)的？如何描述？為什么晶體對頻率f滿足hf=E2—E1的光子有放大作用？
本文認(rèn)為：固體中的電子是很難存在激發(fā)態(tài)的，因?yàn)樗鼪]有足夠大的空間，如果電子被激發(fā)，化學(xué)鍵就會被破壞，因此，固體發(fā)光只能是原子的振動，與電子無關(guān)。694.3nm應(yīng)該是鉻原子的共振頻率，而500nm是鋁原子的共振頻率。氙燈的照射只是增加了鋁原子的振動能量，而氧原子只是起到橋梁的作用，從而導(dǎo)致這兩種粒子有不同的振動頻率。如果把Cr原子的振動能量形成的波再反饋回來，在以太的作用下，就可以形成眾多Cr粒子的同相共振，這就是激光。
2.5.2. 二氧化碳激光器
在量子力學(xué)中，二氧化碳的發(fā)光被描述為振動能量的躍遷，但是，振動能量如何躍遷呢？振動能量躍遷就可以產(chǎn)生光子嗎？沒有人描述。
二氧化碳雖然是氣體，但二氧化碳在產(chǎn)生激光的過程中，氧原子和碳原子都不存在激發(fā)態(tài)，二氧化碳更沒有激發(fā)態(tài)可言。CO2分子形狀是直線形的，它的振動包括對稱伸縮振動、不對稱伸縮振動和形變振動，如圖18所示。
圖18.CO2分子的振動方式
如果說對稱伸縮振動是基態(tài)，不對稱伸縮振動是第一激發(fā)態(tài)，那么，從不對稱振動變?yōu)閷ΨQ振動就可以產(chǎn)生光嗎？本文認(rèn)為：二氧化碳的發(fā)光是簡諧振動發(fā)光，1060nm的波長就是不對稱伸縮振動產(chǎn)生的，它是CO2的固有振動波長，與電子無關(guān)，所謂的振動能量躍遷純屬子虛烏有。
2.5.3. 自由電子激光器
傳統(tǒng)理論認(rèn)為：自由電子激光是通過自由電子和光輻射的相互作用，電子將能量轉(zhuǎn)送給輻射而使輻射強(qiáng)度增大。
但是，自由電子是如何與光輻射相互作用的？電子又是如何把能量傳送給光子的？一個速度慢的物體能夠給速度快的物體傳送能量么？
本文認(rèn)為：當(dāng)電子在扭擺器（或波蕩器）中運(yùn)動時，電子運(yùn)動的軌跡類似于正弦波，如圖19所示，當(dāng)電子處于波峰時，急動度最大，輻射量也最大，輻射方向?yàn)殡娮舆\(yùn)動的切線方向，屬于典型的軔致輻射。自由電子激光是線偏振光，而且偏振方向在電子運(yùn)動的平面內(nèi)，并與電子的振動方向相同，這也是發(fā)光源橫向運(yùn)動的典型例子。
圖19.自由電子激光
電子所輻射的光是脈沖形式的，如果是單個電子，所輻射光的頻率等于電子振動頻率的2倍，但如果在一個周期內(nèi)有n個間隔相同的電子，所輻射的光的頻率就等于電子振動頻率的2n倍，如果電子的間隔是隨機(jī)的，所輻射的就不是單色光。
3. 光的傳播
3.1. 光子是什么？
主流理論認(rèn)為：光子是光線中攜帶能量的粒子，是傳遞電磁相互作用的基本粒子，是一種規(guī)范的玻色子。但在愛因斯坦晚年的時候，仍對光子的概念困惑不已，他說：“我認(rèn)真思考了五十年，光子是什么？但是并沒有找到答案”。
3.1.1. 光子不是真正的粒子
證明光子存在的實(shí)驗(yàn)主要有光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)。但是如果假設(shè)光子是光線中攜帶能量的粒子，就會產(chǎn)生如下邏輯混亂：
A.一個光子在空間上是一個點(diǎn)，還是一定范圍的分布？如果是一個點(diǎn)，相干性就難以理解了，如果是一定范圍的分布，那么多大范圍？如何分布？為什么人們從來沒觀察到光子與光子相撞的現(xiàn)象！
B.光子的頻率越高，光通過三棱鏡后的偏轉(zhuǎn)角越大，但如果按照光子說則應(yīng)該是：頻率越高偏轉(zhuǎn)角越小！因?yàn)轭l率越高的光子，動能或動量越大，改變方向的難度也就越大，因此，光的折射無法用光子進(jìn)行解釋。
C.光在空氣中的速度約為30萬千米/秒，在玻璃中約為20萬千米/秒。當(dāng)光子從玻璃出來再次進(jìn)入空氣時，速度瞬時增加了50％，同時運(yùn)動方向也發(fā)生了突變，這并不是粒子所具備的特性，也不符合動量守恒。
D.如果光是粒子，在介質(zhì)中，其速度應(yīng)該會隨運(yùn)動距離的增加而降低，但光在均勻介質(zhì)中的速度卻是恒定的。
E.任何黑體所輻射的頻率譜在頻率上都是連續(xù)的，根黑體輻射定理可以求出每Hz頻寬內(nèi)的輻射度，這種頻率分布特性是無法用單一頻率的光子來解釋的。例如，天狼星是全天空最亮的恒星（太陽除外），它的總光度為9.77x1027w，在地球上，每平方毫米能夠接收到天狼星的光功率為1.18x10-13w，如果換算成500nm的光子，約為30萬個。假設(shè)天狼星的頻譜范圍是200-800nm，光子在這個頻譜范圍平均分配，可以計算出在1秒時間內(nèi)，每間隔3.8x109Hz才存在一個光子，但實(shí)際上天狼星的光卻是連續(xù)的。同樣的條件下，在地球上每平方毫米能夠接收到太陽的光功率為1.36mw，可以計算出每Hz才存在3個光子，如果接收的時間變短，每Hz存在的光子數(shù)更少，但不論接收太陽光的持續(xù)時間是多少，太陽光的頻譜都是連續(xù)的。
F.光的干涉和衍射現(xiàn)象都不能用光子解釋，相位相反的光子疊加后，光子哪里去了？
G.如果光是由光子組成的，單個光子的波動模式就無法理解（如果光子是波形運(yùn)動，光子的實(shí)際運(yùn)動路徑的速度將大于光速，如果光子不波動，光的偏振就無法解釋），半波損失就更不可理解了。
H.證明光是粒子的實(shí)驗(yàn)并不能讓人信服，例如，發(fā)生光電效應(yīng)時，光的頻率存在一個范圍，隨著光頻率的升高，光電效應(yīng)現(xiàn)象反而不明顯，明顯的是康普頓現(xiàn)象，這說明把光當(dāng)作粒子是存在問題的。再如，在康普頓實(shí)驗(yàn)中，與電子水平相撞的光子，可以使電子獲得比光子還要大的動量，最可疑的是這個電子還無法逸出（不發(fā)生光電效應(yīng)）。
I.量子力學(xué)認(rèn)為：光子是基本粒子，但為什么光子的能量還會與光波的頻率有關(guān)呢？光子又是如何波動的呢？
可見，光具有粒子性，但光并不是由光子組成的，因?yàn)楣獾乃行再|(zhì)，超聲波都具有，如果產(chǎn)生超聲波的源存在橫向運(yùn)動，超聲波也會偏振。如果承認(rèn)以太的存在，就沒有光子存在的必要。
3.1.2. 光子與聲子的比較
光是以太中傳播的波，光子是假想的粒子，與聲子（用來描述晶格的簡諧振動）一樣，是用來描述以太中體積元的簡諧振動，光子不是一個真正的粒子，光子也可以產(chǎn)生和消滅。光子與聲子的比較如表3所示：
表3.光子與聲子的比較
聲子存在于微觀的晶格之中。由于空氣分子相距遙遠(yuǎn)，它們之間沒有明顯的彈性聯(lián)系，不能形成集體激發(fā)，也就不能有效傳遞聲子的振動。既然空氣中沒有明顯存在的聲子，為什么以太中能夠存在光子呢？實(shí)際上，在氣體中，能否形成集體激發(fā)主要與輸入波的頻率有關(guān)，在空氣中，當(dāng)輸入的頻率大于1GHz時將會存在聲子特征，在以太中，只有當(dāng)輸入的頻率大于10000GHz時才會存在光子的特征。
3.1.3. 光子的定義
用定義聲子的方法去定義光子，確實(shí)可以解釋一部分物理現(xiàn)象，但是，光與聲的產(chǎn)生是有區(qū)別的，宏觀物體的振動屬于強(qiáng)迫振動，是外力推動的，而微觀粒子的振動是自主振動的。因此，聲子與光子的定義應(yīng)該有所不同。
假設(shè)光是以太中傳播的波，由于以太可以看作是理想氣體，屬于彈性介質(zhì)，符合機(jī)械波的一般性質(zhì)，在波動過程中，任一質(zhì)元的動能和勢能相等，且同相位變化，單個質(zhì)元的機(jī)械能可表示為：
。
根據(jù)微觀粒子熱運(yùn)動的規(guī)律：
，當(dāng)粒子的質(zhì)量一定時，
就是一個常數(shù)。假設(shè)產(chǎn)生光的粒子是電子，則
=0.00073，由于波的振幅和頻率都是由波源決定的，與介質(zhì)無關(guān)，因此，介質(zhì)中的
也是常數(shù)。
如果我們定義一個光子的能量為hf，則一個光子的體積就可以確定：
，其中，m表示粒子的質(zhì)量，ρ表示以太的密度。如果是電子振動產(chǎn)生的光，則光子的體積為7.25x10-25 m3，其中包含了13.1億個以太粒子。假設(shè)光子是球形，則光子的半徑為5.57 nm。
根據(jù)上述描述，我們可以定義：光子是以太介質(zhì)中，體積為7.25x10-25 m3的質(zhì)元（質(zhì)量單元）在平衡位置時的能量（包括動能和勢能）。從宏觀上，這個質(zhì)元足夠小，可以當(dāng)作點(diǎn)粒子，但從微觀上，它又足夠大，包括了13億個以太粒子，因此，它具有波粒子二象性。根據(jù)這個定義，可以解釋3.1.1節(jié)中提出的所有問題，而且符合量子力學(xué)中的定義，例如，光子是基本粒子等。
光子的物理意義是：一個光子代表一定體積的質(zhì)元在平衡位置時的瞬時能量。
關(guān)于光子的質(zhì)量，可以作如下解釋：光子代表的是能量，與質(zhì)量是兩個不同的物理概念。但歷史上把光子看成粒子，它應(yīng)該有質(zhì)量，如果對光子的質(zhì)量進(jìn)行定義，本文認(rèn)為：光子的質(zhì)量可分為絕對質(zhì)量與相對質(zhì)量，絕對質(zhì)量是指質(zhì)元的絕對質(zhì)量，也就是13億個以太粒子的質(zhì)量，而相對質(zhì)量是指質(zhì)元相對以太的質(zhì)量，應(yīng)該為0，與在空氣中稱量空氣具有相同的原理，但是，如果質(zhì)元被壓縮，它應(yīng)該有相對質(zhì)量，這就是光子的動質(zhì)量，光子的能量越大，代表質(zhì)元的密度越大，其相對質(zhì)量也越大。
3.2. 光的傳播方式
3.2.1. 波的分類
我們對波并沒有深入研究，在我們的教科書中，波簡單地分為縱波和橫波，縱波是指振動方向與傳播方向一致或平行的一類波，即媒介（質(zhì)點(diǎn)）的運(yùn)動方向同波的運(yùn)動方向相同或相反，橫波是指質(zhì)點(diǎn)的振動方向與波的傳播方向垂直，例如，空氣中的聲波就是縱波。但是，這種定義方法是欠妥的，難道自然界中就只有縱波和橫波嗎？介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動方向即不與波的傳播方向平行、也不垂直的波是什么波呢？
在介質(zhì)中，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動采用的是補(bǔ)位方式，當(dāng)介質(zhì)中出現(xiàn)空缺時，周圍的介質(zhì)就會向空缺處運(yùn)動，從而形成質(zhì)點(diǎn)的振動傳播。一般情況下，質(zhì)點(diǎn)的分布是均勻的，當(dāng)一個質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動時，這個位置就會出現(xiàn)空缺，鄰近的質(zhì)點(diǎn)就會向那里運(yùn)動去替補(bǔ)這個空缺，但并不是只有某一個點(diǎn)去替補(bǔ)，而是周圍的所有質(zhì)點(diǎn)都會向那里運(yùn)動，只是運(yùn)動的幅度不同。如果只有一個方向的質(zhì)點(diǎn)向那里運(yùn)動，這種波可以稱為縱波，但自然界中并沒有純正的縱波，也不是所有質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動方向都與波的傳播方向平行。
在實(shí)際的波中，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動是復(fù)雜的，質(zhì)點(diǎn)即不會與波的運(yùn)動方向相平行，也不會相垂直，也不會是直線運(yùn)動，而是橢圓運(yùn)動，這樣的波本文定義為偏振波。
波如何分類呢？實(shí)際上，所有的波都是偏振波，包括固體介質(zhì)中的波，也就是說，任何介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動軌跡都是橢圓。這里引入偏振度P的概念，并定義偏振度為：質(zhì)點(diǎn)在垂直于傳播方向上與平行于傳播方向上的振動幅度之比。當(dāng)P等于0時，為縱波，當(dāng)P等于1時，為正偏振波（為了區(qū)別于教科書中的圓偏振波），當(dāng)P等于無窮大時，為橫波。偏振波可以包含自然界中大多數(shù)的波，縱波和橫波只是偏振波的兩個特殊形式。在縱波中，只有在波傳播方向的中軸線上，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動軌跡才是直線，其他方向上質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動都是橢圓。
波在傳播時，在波的傳播方向上一定存在質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動速度（質(zhì)點(diǎn)在波傳播方向上的速度矢量不能為0），如果在某一個方向上沒有質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動速度，波也一定不會向這個方向傳播，也就是說，真正的橫波并不存在。例如，在地震波中，如果波源完全是橫向運(yùn)動，即使有剪切力的存在，在震源的正上方，也不會有地震波的傳播。在實(shí)際的地震波中，質(zhì)點(diǎn)在橫向的振動速度比縱向速度高，這也是地震波的速度隨著與波源距離的不同而不同的原因。
水面波就是典型的偏振波，水分子的運(yùn)動軌跡就是橢圓，有的教科書中把水面波稱為橫波，但水分子的運(yùn)動方向與波的傳播方向并不垂直，而是不斷地變化。在無限深液體自由表面進(jìn)行波中，液體質(zhì)點(diǎn)圍繞各自平衡位置作圓周運(yùn)動，其半徑在自由表面上等于波幅（偏振度等于1），隨質(zhì)點(diǎn)所處自由面下的深度而按指數(shù)律遞減。有限水深和淺水中的進(jìn)行波，其流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的軌跡為具有水平長軸的橢圓（偏振度小于1）。橢圓的長軸和短軸都隨質(zhì)點(diǎn)所處自由面下的深度而遞減，短軸比長軸遞減得更快，短軸在自由表面上等于波幅，遞減至底面時為零，水愈淺，橢圓愈扁，偏振度越?。ú糠终园俣劝倏疲阂后w自由表面波）。
在自然界中，很少存在單純的縱波或橫波，即使波源是單純的縱波，波在傳播過程中，并不是所有的質(zhì)點(diǎn)都與波源的振動方向完全一致。如果單純的縱波存在，波就不會發(fā)散，就是理想的平面波。
3.2.2. 光是橫波嗎？
自然界中最常見的是偏振波，有些教科書中無法定義水面波的原因，就是由于其質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動方向既不與傳播方向平行也不垂直。在實(shí)際的橫波中，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動方式并不是與波的傳播方向完全垂直，只是偏振度較大。在流體中，不能傳播偏振度大于1的波，也就是說，流體中可以傳播偏振度等于或小于1的波，這就為以太的存在掃除了最大的障礙。對于波的理解，我們要根除非橫即縱的概念，自然界中即沒有單純的縱波，也沒有單純的橫波，光不是橫波，而是偏振度不大于1的偏振波。
為什么光波中沒有縱波呢？即使在光傳播方向的中軸線上也不存在縱波，其原因是微觀粒子的振動方式與宏觀物體有所不同。對于宏觀物體，由于是原子的整體運(yùn)動，而且它的振動是由外力產(chǎn)生的，例如，響鼓還要重錘敲，而外力是有方向性的。但微觀粒子不同，微觀粒子的振動并不需要外力，例如，任何大于零K的物體都能發(fā)光，不需要任何的外力，也就是說，微觀粒子的振動沒有方向性，微觀粒子發(fā)光時，其方向性也是隨機(jī)的。因此，光波中沒有縱波，主要是由于粒子發(fā)光的同時存在橫向振動，如果與聲音類比，相當(dāng)于我們一邊走一邊敲鑼，從而使波傳播方向上的中軸線不復(fù)存在。水面波之所以是偏振波，就是因?yàn)椴ㄔ吹恼駝臃较蚺c傳播相垂直，也就是波源存在橫向運(yùn)動。
光的偏振現(xiàn)象也證明了光的偏振只與光源有關(guān)，而與傳播過程無關(guān)（電磁波的極化原理與此相同）。我們知道：電磁波的極化方式只與發(fā)射天線的形狀有關(guān)，例如，偶極子天線，所產(chǎn)生的電磁波的極化方向一定與天線平行，而螺旋狀天線所產(chǎn)生的電磁波就是圓極化的。在自由電子激光器中，所產(chǎn)生的偏振光也只與電子的運(yùn)動狀態(tài)有關(guān)，其中的電子是以類似于正弦波的方式運(yùn)動，它發(fā)出的光就是線偏振的，而且偏振方向與電子的運(yùn)動平面相平行。
可見，偏振波是由波源的橫向運(yùn)動引起的，與波的傳播無關(guān)。聲波產(chǎn)生時，如果波源沒有橫向運(yùn)動，就表現(xiàn)出縱波的性質(zhì)，但如果存在橫向運(yùn)動就表現(xiàn)出橫波的性質(zhì)。例如：一只喇叭發(fā)音的同時作勻速圓周運(yùn)動，這個喇叭所發(fā)出的聲音就是圓偏振波，如果喇叭作上下振動，所發(fā)出的聲音就是線偏振波。因此，電磁波雖然具有橫波的表象，但本質(zhì)上與水面波一樣是偏振波，如果存在一個沒有橫向運(yùn)動的發(fā)光源，光波也一定不會偏振，波是縱或是偏振的關(guān)鍵是波源，與傳播介質(zhì)無關(guān)。
聲波是縱波，人們普遍認(rèn)為聲波不可能存在偏振，但是，在2019年，來自美國加州大學(xué)伯克利分校、美國佐治亞理工學(xué)院以及中國同濟(jì)大學(xué)的合作研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)并通過實(shí)驗(yàn)觀測證明：在垂直相干的聲波中，每束聲波貢獻(xiàn)了局域速度場中的一個垂直分量，當(dāng)局域速度場的兩個垂直分量相位相差90度時，該聲波的偏振發(fā)生旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致了聲波的自旋，因此，空氣中傳播的聲波也存在偏振現(xiàn)象。
河南民間有一種運(yùn)動叫“響鞭”，在甩起鞭子時，力量會順著發(fā)力的方向，傳遞到鞭子的末梢，當(dāng)鞭子的末梢達(dá)到一定的速度并突然改變方向時，鞭梢就會發(fā)出響亮的聲音，這種聲音就是線偏振波，偏振方向與鞭梢的運(yùn)動平面平行。在發(fā)聲時，鞭梢的急動度（加速度對時間的導(dǎo)數(shù)）很大，發(fā)聲方向?yàn)槲矬w運(yùn)動的切線方向，產(chǎn)生聲音的鞭梢在縱向運(yùn)動的同時，存在橫向運(yùn)動，導(dǎo)致了聲音在傳播截面上的振動相位不同（縱波是同相的），從而使傳播介質(zhì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)。偏振波與縱波在流體中的傳播原理是一樣的，都是密度波的傳播，只是介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動方式不同。在縱波中，質(zhì)點(diǎn)在平衡位置沿傳播方向振動，而偏振波中的質(zhì)點(diǎn)沒有平衡位置，而且是橢圓運(yùn)動。
因此，光既不是橫波，也不是縱波，是在以太中傳播的、偏振度不大于1的偏振波。
3.2.3. 光的傳播方式
有一位知乎網(wǎng)友SiCo發(fā)表了題目為《物理之美——終極理論的序章——基于以太的電磁波模型》的文章，他在文中寫到：“當(dāng)我看到這個基于以太的模型的時候，一下子被震撼到了。這解釋了我若干天以來對電磁波的若干困惑：電磁波的形狀，電磁波怎么傳輸，磁場和電場到底什么關(guān)系，電磁波為什么沒有能量耗散，電磁波的方向，所有的問題，被這個模型一下子就解決了。這個基于以太的電磁波模型，實(shí)在是太美了！這就是物理的美，甚至勝過數(shù)學(xué)的美！用一個形象驅(qū)動，遠(yuǎn)勝過用一堆算式去推導(dǎo)”。對作者表示祟高的敬意。
3.2.4. 聲波能在以太中傳播嗎？
我們都知道聲音是不能在真空中傳播的，既然以太無處不在，為什么以太不能傳播聲音呢？實(shí)際上，以太完全能夠傳播聲音，例如：所謂的“引力波”實(shí)際上就是天體碰撞產(chǎn)生的聲音，即使相隔幾萬光年也能傳播到地球上。
首先，原子核和電子在原子中的體積占比只有百萬分之一，而能夠引起以太振動的粒子只有電子和原子核，因此，不是以太不能傳播聲波，而是普通物質(zhì)的振動在以太中產(chǎn)生的波動太弱。
其次，在低頻的情況下，以太沒有空氣的傳播能力強(qiáng)，在介質(zhì)中，體積元的能量可表示為：
，可以看出：如果波的頻率和振幅相同，介質(zhì)的密度起到?jīng)Q定作用，而空氣的密度是以太密度的一百萬倍，決定了低頻情況下，以太傳播聲音的能力比空氣弱一百萬倍。
綜合這兩個方面的因素，在我們的生活中，以太對聲音的傳播幾乎沒有作用，但聲音確實(shí)能夠在以太中傳播，如果聲音的頻率達(dá)到1 MHz，以太對聲音的傳播能力將大于空氣。
3.2.5. 光速不變的原因
很多的實(shí)驗(yàn)都可以證明：光速不變而且與發(fā)射體的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)，但所有的實(shí)驗(yàn)都有一個前提，就是觀察者相對于傳播介質(zhì)是靜止的，也就是說，只有觀察者相對于傳播介質(zhì)是靜止時，光速才是不變的。聲音也有同樣的性質(zhì)：當(dāng)觀察者相對于空氣靜止時，聲音的傳播速度也同樣與發(fā)射體的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)，只要空氣的溫度不變，聲音的速度就是確定的，這是經(jīng)過很多實(shí)驗(yàn)證明過的，與光速的性質(zhì)完全一樣。如果觀察者相對于介質(zhì)是運(yùn)動的，所觀察到的速度就是可變的，例如：兩列相距為L、以相同速度V同向運(yùn)行的高速列車A和B（A在前），在A車上聽到B車發(fā)出的聲音所需要的時間為：
，在B車上聽到A車發(fā)出的聲音所需要的時間為：
，其中，c為聲音在空氣中的傳播速度。觀察者在A車上觀察到的聲音速度是
，而在B車上觀察到的聲音速度是
。如果觀察者在地面，A和B車所發(fā)出的聲音速度都是c，而不管列車處于何處，也不管列車的速度是多少，對于觀察者來說，相對于傳播介質(zhì)是否運(yùn)動才是波速是否變化的根源。
著名的薩格納克效應(yīng)就是一個觀察者相對于介質(zhì)運(yùn)動的例子（見7.8節(jié)）。這個實(shí)驗(yàn)與上述兩個高速列車具有相同的原理，在這個實(shí)驗(yàn)中，光源與屏幕（觀察者）之間的距離不變，兩條光路的距離一樣，當(dāng)這個平臺旋轉(zhuǎn)時，兩條光路的速度不一樣（相對于觀察者），從而導(dǎo)致兩束光到達(dá)屏幕的時間不同，使干涉條紋發(fā)生移動。這個實(shí)驗(yàn)證明了三點(diǎn)：一是干涉條紋移動數(shù)與干涉儀的角速度和環(huán)路所圍面積成正比，二是光的傳播需要介質(zhì)，三是光相對于介質(zhì)的傳播速度是恒定的。如果光的傳播沒有介質(zhì)，薩格納克效應(yīng)是無法解釋的。中日雙向時間傳遞實(shí)驗(yàn)證明了地球自轉(zhuǎn)具有薩格納克效應(yīng)，也證明了地球大氣層以外的以太是相對地球表面是運(yùn)動的（地球表面的以太相對地球靜止）。對于觀察者來說，光源相對介質(zhì)的移動和觀察者相對介質(zhì)的移動不是等價的。
如果光的傳播不依靠介質(zhì)，是解釋不了光子是如何發(fā)射的、如何達(dá)到光速的，也無法解釋光通過透明物體后光的速度是如何重新變快的。光既然是波，它就和所有的波一樣，是一種介質(zhì)的波動。例如：在空氣介質(zhì)中的聲音，盡管聲源振動的頻率有快有慢、振幅有大有小，但聲音的速度卻是恒定的，因?yàn)榻橘|(zhì)都有自己的內(nèi)在固有屬性，除非溫度變化了，音速才會改變。同理，光也是波，傳播同樣需要介質(zhì)，傳播速度取決于介質(zhì)，而與光源無關(guān)，不管波動頻率和初始能量多大，只要介質(zhì)的性質(zhì)不發(fā)生變化，光速就是恒定的。如果沒有介質(zhì)，光在傳播過程中沒有任何速度恒定機(jī)制存在，而光的發(fā)射源和發(fā)射過程也沒有任何速度恒定機(jī)制，因此，沒有介質(zhì)的光速是不可能恒定的。
我們知道：波在氣體中的傳播速度為：
，根據(jù)理想氣體的方程：
，可得：
。對于空氣，由于γ= 1.4，R= 8.31，M= 0.029 kg，則
。光與聲具有幾乎完全相同的性質(zhì)，以太的氣體常數(shù)R= 8.31，1摩爾的以太質(zhì)量為：M= 4.2x10-16 kg，γ= 5/3，同樣可以得出以太中的波速：
。
可以得出結(jié)論：光速不變的原因，一是由于它是在以太中傳播的波，傳播速度取決于以太的溫度；二是觀察者相對于以太必須是靜止的，如果觀察者相對以太不是靜止的，觀察者所觀察到的光速也會發(fā)生變化。在宇宙中，光速的值并不是恒定的。與音速一樣，光速的大小也依賴于介質(zhì)的溫度，只有介質(zhì)的溫度不變時，光速才是恒定的，高密度星體附近的以太溫度高，光速值大。
3.3. 波的反射與透射
光的反射與透射不能用粒子學(xué)說解釋。假設(shè)一束光中有100個光子，以某個角度照射到玻璃上時，會有96個光子穿透玻璃，而另外4個光子則會發(fā)生反射。在光的部分反射現(xiàn)象中，反射率是一定的，也就是說不管測量多少次，結(jié)果依舊如此，那么對于單個光子而言，當(dāng)它來到玻璃上時，是如何做出選擇的呢？如果光子是基本粒子，每一個光子都是一模一樣的，那么來到玻璃上的光子憑什么能夠決定自己是應(yīng)該穿過玻璃，還是反射回來呢？它怎么能夠保證每穿過去96個，就反射回來4個呢？
主流對波的反射和透射是用著名唯象理論——惠更斯原理進(jìn)行解釋的，惠更斯認(rèn)為：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，而以后任何時刻的波前則可看作是這些次波的包絡(luò)。
但是，在任何均勻的介質(zhì)中，同一個介質(zhì)粒子的運(yùn)動總在不斷地變化著，但介質(zhì)粒子的速度向其傳播方向上的下一個介質(zhì)粒子進(jìn)行著大小不變的傳播。空間中每一個介質(zhì)粒子，在介質(zhì)粒子密度產(chǎn)生的屬性力的作用下，不斷地發(fā)生運(yùn)動速度的改變，但對于同一個介質(zhì)粒子而言，無論其速度為多少，傳播后一定能夠使下一個粒子獲得相同的速度，即介質(zhì)粒子的速度在傳播過程中不會發(fā)生突變。正是因?yàn)榫鶆蚪橘|(zhì)中的介質(zhì)粒子間的等速傳播，并沒有造成空間介質(zhì)粒子新的不平衡的分布，所以，并不會因空間某個介質(zhì)粒子的振動而形成新的波源，介質(zhì)粒子還是傳播著由原始振源產(chǎn)生的波動。
可見，波在均勻介質(zhì)中傳播時并不能產(chǎn)生次波，波前的每一點(diǎn)并不是產(chǎn)生球面次波的點(diǎn)波源，只有在兩種介質(zhì)的交界面上，才能產(chǎn)生次波。因此，惠更斯原理應(yīng)該描述為：波源決定波的頻率、偏振、強(qiáng)度和方向，介質(zhì)決定波的速度和衰減，在兩種介質(zhì)交界面上的每一點(diǎn)，可以認(rèn)為是產(chǎn)生球面次波的點(diǎn)波源，而以后任何時刻的波前則可看作是這些次波的包絡(luò)。
3.3.1. 聲波的反射與透射系數(shù)
圖20.聲波的反射與折射
如圖20所示，平面界面兩側(cè)是兩種介質(zhì)：介質(zhì)1和介質(zhì)2，密度、聲速和特性阻抗分別為
、
，c1、c2，z1、z2，其中
，
，介質(zhì)1中有一角頻率為ω的平面波入射到界面上，它的傳播方向與界面的法線成α角，透射方向與界面的法線成β角。
建立直角坐標(biāo)系，使界面位于 x= 0處， 入射波的傳播方向在xy平面里，入射波在邊界上會產(chǎn)生介質(zhì)1中的反射波和介質(zhì)2中的透射波。
設(shè)pi、pr、pt分別表示入射波、反射波、透射波的聲壓，Ai、Ar、At分別表示它們的幅度，入射波的聲壓可表示為：
，其中，
，
。根據(jù)聲壓與質(zhì)點(diǎn)的速度關(guān)系可以得出：入射波在界面法向即x方向的質(zhì)點(diǎn)速度分量是：
。
入射波在邊界上會產(chǎn)生介質(zhì)1中的反射波和介質(zhì)2中的透射波，反射波和透射波的聲壓以及x方向的質(zhì)點(diǎn)速度為：
，
；
，
；
其中，
，
。
聲壓和聲速連續(xù)的邊界條件是：
1、兩種介質(zhì)的聲壓在分界面處連續(xù)，即：
；
2、兩種介質(zhì)在分界面處的法向聲速連續(xù)，即：
。
根據(jù)這兩個邊界條件和Snell定律：
，當(dāng)x= 0，時：
，
。
可以得出聲壓反射系數(shù)：
，聲壓透射系數(shù)：
，其中，
，
，分別是入射波和透射波的法向聲阻抗，它們不但與介質(zhì)有關(guān)，還與波的傳播方向有關(guān)。
3.3.2. 光波的反射與透射系數(shù)
光波與聲波具有非常相似的性質(zhì)，其反射與透射系數(shù)的計算方法高度一致，所不同的是：光波的介質(zhì)是以太，其密度在不同的介質(zhì)中基本相同，也就是說，光波的特征阻抗只與光的速度有關(guān)，而與介質(zhì)密度無關(guān)。根據(jù)
、
和
，可得：
光的反射系數(shù)
，
光的透射系數(shù)
。
光波與聲波還有一個不同點(diǎn)：光波是偏振的。因此，上面兩式僅僅適用于垂直于入射面的偏振波（因?yàn)檫@種偏振方向符合上述連續(xù)邊界條件）。但如果光波是平行于入射面的偏振波，由于介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)是圓周運(yùn)動，在兩種介質(zhì)的界面上，存在兩種光壓：一個是與波的前向光壓，一個是波的橫向光壓，光壓的幅值為
，又由于入射光的偏振相位與反射光的相位相差為π，因此，在x= 0處的連續(xù)邊界條件為：
，
。
可以得出反射系數(shù)：
，
透射系數(shù)：
。
兩種偏振方式的比較如圖21所示。
圖21.兩種偏振方式的比較
從兩種偏振的比較可以看出：當(dāng)入射波的偏振方向與入射面垂直（P光）時，光波與聲波具有完全相同的性質(zhì)：
，但當(dāng)偏振方向與入射面平行（S光）時，由于以太介質(zhì)的圓周運(yùn)動，在兩介質(zhì)的交界面上除光波的前向振動外，還存在橫向振動，從而使
，特別是當(dāng)入射角為布儒斯特角時，Rs = 0。那么，入射的平行光哪里去了？實(shí)際上，當(dāng)S光入射到界面時，由于以太是圓周運(yùn)動，光波的橫向振動會對界面的壓強(qiáng)產(chǎn)生影響（P光入射到界面時，光波的橫向振動對界面的壓強(qiáng)沒有影響）。當(dāng)入射角為布儒斯特角時，在垂直于界面的方向，兩種介質(zhì)的有效阻抗相等：
，因此，沒有反射波。但這部分波并沒有消失，而是在兩種介質(zhì)的界面上傳播，這種波稱為凋落波。
上面的這四個公式，是菲涅耳當(dāng)時是在研究彈性波如何通過二媒質(zhì)界面這一問題時推導(dǎo)出來的，他的推導(dǎo)是建立在以太說的基礎(chǔ)上，是遠(yuǎn)在麥克斯韋方程組之前就推導(dǎo)出了這套公式，非常遺憾的是：我沒有找到菲涅爾的原始推導(dǎo)過程（期望網(wǎng)友們的幫助，在此表示感謝），現(xiàn)代理論認(rèn)為菲涅耳的以太理論基礎(chǔ)是錯誤的，應(yīng)該以麥克斯韋電磁理論為基礎(chǔ)，但是，麥克斯韋電磁理論是“場”的理論，與“波”是風(fēng)馬牛不相及，光與電場和磁場沒有關(guān)系。
3.4. 波的多普勒效應(yīng)
多普勒效應(yīng)是當(dāng)波源與觀測點(diǎn)之間存在相對運(yùn)動時，觀測點(diǎn)實(shí)際接收到的頻率并不等于波源實(shí)際頻率的現(xiàn)象。
3.4.1. 聲波的多普勒效應(yīng)
聲波為什么具有多普勒效應(yīng)呢？聲波之所以會產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，是由于聲波傳播具有如下三個特征決定的：
A. 聲源與聲波之間存在速度的疊加
聲源與聲波速度的疊加指的是：產(chǎn)生聲音的物體，其相對于介質(zhì)的運(yùn)動速度與振動速度的疊加，當(dāng)聲源相對于傳播介質(zhì)的運(yùn)動速度為零時，聲波與聲源之間的相對速度等于音速，當(dāng)聲源相對于傳播介質(zhì)的運(yùn)動速度不為零時，聲源的運(yùn)動速度與振動速度的疊加可使一個周期時間內(nèi)的波長長度發(fā)生變化，這種波長的長度變化量等于聲源相對介質(zhì)的運(yùn)動速度乘以聲波的周期。與波源運(yùn)動同向傳播的波，其波長是變短的，與聲源運(yùn)動反向傳播的波，其波長是變長的。
B. 聲波的傳播速度只與介質(zhì)的物理性質(zhì)有關(guān)，而與聲源的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)。
在一定的物理?xiàng)l件下，無論聲源的運(yùn)動狀態(tài)如何，聲波的傳播速度是不變的。聲速之所以與聲源的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)，是因?yàn)槁暡ㄖ皇悄芰總鬟f的一種形式，一旦聲波離開聲源，聲源的運(yùn)動對聲波不再起任何作用，聲波將依據(jù)介質(zhì)的傳播特點(diǎn)進(jìn)行傳播。
C. 接收者與聲波之間也存在速度的疊加
聲波的產(chǎn)生和接收過程相似，接收是產(chǎn)生的逆過程，在接收的過程中，如果接收者相對于傳播介質(zhì)的運(yùn)動速度不為零，接收者的運(yùn)動速度與波動速度的疊加，也可使一個周期時間內(nèi)的波長長度發(fā)生變化，這種波長的長度變化量等于接收者相對介質(zhì)的運(yùn)動速度乘以聲波的周期。與接收者運(yùn)動同向傳播的波，其波長是變長的，與接收者運(yùn)動反向傳播的波，其波長是變短的。當(dāng)波源靜止，而觀察者以速度v靠近波源時，由于波源靜止，介質(zhì)中聲波的頻率與波源頻率相等。根據(jù)接收頻率的定義（1s內(nèi)連續(xù)通過接收者的完整波的個數(shù)），可以得出：1s內(nèi)波傳播了
，同時觀察者在1s內(nèi)向前移動了
。所以波在1s內(nèi)相對于觀察者的傳播距離就是這兩段距離之和，因此，接收者所接收到的頻率：
，如圖22所示。
圖22.波源靜止時的多普勒效應(yīng)（圖片來源于乞力馬扎羅山的雪B）
當(dāng)波源相對于介質(zhì)向右運(yùn)動時，波源在運(yùn)動過程中向四周發(fā)出聲波，等相位面就變成了一系列偏心圓環(huán)，沿著波源的運(yùn)動方向，波長發(fā)生了壓縮，如圖23所示。
圖23.波源運(yùn)動時的多普勒效應(yīng)（圖片來源于乞力馬扎羅山的雪B）
如果波源靜止，S點(diǎn)發(fā)出的波經(jīng)過一個周期以后傳播到A點(diǎn)，S點(diǎn)與A點(diǎn)之間的距離就是此時的波長λ。由于波源是運(yùn)動的，當(dāng)波傳輸?shù)紸點(diǎn)的時候，波源從S點(diǎn)運(yùn)動到了S’點(diǎn)，它們之間的距離就等于波源的移動速度vs乘以運(yùn)動周期T，根據(jù)波長的定義，S’點(diǎn)與A點(diǎn)之間的距離就是此時的波長：
，介質(zhì)中聲波的頻率為
。
如果接收者相對介質(zhì)是靜止的，所接收到的頻率與介質(zhì)中的頻率相同，如果接收者相對于介質(zhì)以速度v向著波源運(yùn)動，則所接收的頻率為
，如果接收者相對介質(zhì)與波源運(yùn)動的運(yùn)動方向相同，則所接收的頻率為
，當(dāng)接收者與波源的相對速度為0，則不論波源相對介質(zhì)的速度是多少，所接收的頻率總是與波源相等。
需要指出的是：波源相對介質(zhì)的運(yùn)動與接收者相對介質(zhì)的運(yùn)動不是等價的，例如，假設(shè)波源的頻率為f，當(dāng)波源相對介質(zhì)以0.5u的速度向接收者運(yùn)動時，接收者相對介質(zhì)靜止時所接收到的頻率為2f，但當(dāng)波源相對介質(zhì)靜止，而接收者以0.5u的速度向波源運(yùn)動時所接收到的頻率為1.5f。
3.4.2. 光波的多普勒效應(yīng)
學(xué)界主流認(rèn)為，光波中的多普勒效應(yīng)是相對論效應(yīng)，是通過相對論的時空變換方程計算出光波頻率的變化量：
，其中，v是波源與接收者的相對速度（當(dāng)相互靠近時v取正值，否則取負(fù)值）。
在相對論中，假設(shè)光速不變，而且是相對任何慣性參考系都不變的物理量，這種假設(shè)已經(jīng)超出了人們對速度概念的認(rèn)知。依照光速不變性原理和相對性原理，如果波源的頻率不變，而光波的速度又與光源的是否運(yùn)動無關(guān)，因此，光的波長是不可能變化的，多普勒效應(yīng)也就失去了存在的理論基礎(chǔ)。光速不變是可以理解的，因?yàn)槁曀僖彩遣蛔兊?，但速度是必須存在參考系的，聲速不變指的就是相對于介質(zhì)，沒有參考系就沒有速度。薩格納克效應(yīng)已經(jīng)證明：當(dāng)觀察者相對介質(zhì)運(yùn)動時，光速是可變的，波源與觀察者的運(yùn)動并不等價。因此，相對論也就失去它的理論基礎(chǔ)，通過時空變換方程推導(dǎo)出的光波頻率變化量也必然是錯誤的。
但是，要想證明這是一個錯誤是非常困難的，例如：頻率為10 GHz的波源以1000 m/s的速度運(yùn)動時，計算所接收到的頻率差，如果以聲波中的多普勒公式所計算的結(jié)果是：
=33356.52 Hz，如果以光波中的多普勒公式所計算的結(jié)果是：
=33356.47 Hz，前面的5位數(shù)都是一樣的，現(xiàn)代的技術(shù)水平還不能分辨出誰對誰錯。
隨著技術(shù)的發(fā)展，真相總有大白的時候，相信光波的多普勒效應(yīng)的原理與聲波完全一樣，計算方法也應(yīng)該是完全一樣的。
任何物理現(xiàn)象，必然存在物理過程。在聲波中，多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的物理過程非常清晰，而在光波中，只存在坐標(biāo)系的變換和數(shù)學(xué)上的推導(dǎo)，卻沒有物理過程的說明。聲源相對于聲波可以有相對速度的疊加和變化，這種相對速度的疊加和變化才是多普勒現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，而相對性原理和光速不變原理根本不容許光源與光波有相對速度的疊加和變化，既然沒有相對速度的疊加和變化，那么類似于聲波傳播中發(fā)生的多普勒效應(yīng)又如何在光波傳播中發(fā)生呢?光波波長又如何變化呢？
3.5. 波的薩格納克效應(yīng)
薩格納克效應(yīng)是指1913年薩格納克發(fā)明的一種可以旋轉(zhuǎn)的環(huán)形干涉儀。將同一光源發(fā)出的一束光分解為兩束，讓它們在同一個環(huán)路內(nèi)沿相反方向循行一周后會合，然后在屏幕上產(chǎn)生干涉，當(dāng)在環(huán)路平面內(nèi)有旋轉(zhuǎn)角速度時，屏幕上的干涉條紋將會發(fā)生移動，如圖24所示，這就是薩格納克效應(yīng)，薩格納克效應(yīng)中條紋移動數(shù)與干涉儀的角速度和環(huán)路所圍面積成正比。
圖24.薩格納克環(huán)形干涉儀
薩格納克效應(yīng)產(chǎn)生的原因是介質(zhì)的相對運(yùn)動，是光源和觀察者相對靜止，介質(zhì)運(yùn)動所產(chǎn)生的現(xiàn)象。與多普勒效應(yīng)恰好相反，多普勒效應(yīng)一般定義介質(zhì)是靜止的，在坐標(biāo)系的選擇上，也是選擇介質(zhì)作為參考系。但薩格納克效應(yīng)不同，一般定義觀察者或波源是靜止的，在坐標(biāo)系的選擇上，可選擇觀察者作為參考系，但這兩種效應(yīng)的本質(zhì)是相同的。多普勒效應(yīng)一般應(yīng)用于頻率或波長的變化，而薩格納克效應(yīng)一般應(yīng)用于傳播時間或傳播速度的變化。
3.5.1. 聲波中的薩格納克效應(yīng)
光與聲是一樣的，只要是光波中所具有的性質(zhì)，聲波中也同樣具有。超聲波測量風(fēng)速實(shí)際上利用的就是薩格納克效應(yīng)，它的基本原理是：超聲波在空氣中傳播時，順風(fēng)與逆風(fēng)方向傳播存在一個速度差，當(dāng)傳播固定的距離時，此速度差反映成一個時間差，這個時間差與待測風(fēng)速具有線性關(guān)系，通過測量兩個方向上超聲波到達(dá)時間，即可得出超聲波在順風(fēng)和逆風(fēng)下的傳播速度，經(jīng)過計算即可得到風(fēng)速值。
3.5.2. 薩格納克值的計算
薩格納克值指的是：當(dāng)介質(zhì)的運(yùn)動速度相對觀察者為v時，波從A點(diǎn)到B點(diǎn)所需要的時間，減去當(dāng)介質(zhì)相對觀察者靜止時波從A點(diǎn)到B點(diǎn)所需要的時間。也就是說，薩格納克值就是由于介質(zhì)的運(yùn)動所產(chǎn)生的時間差。當(dāng)介質(zhì)的速度方向與波的傳播方向存在夾角時，速度值取它在傳播方向上的投影（余弦值）。
A. 聲波中的薩格納克值
如圖25所示，A點(diǎn)是聲源，B點(diǎn)是觀察點(diǎn)，AB兩點(diǎn)的距離為L，介質(zhì)速度為v，波的傳播速度為c。
圖25.聲波中的薩格納克現(xiàn)象
當(dāng)介質(zhì)相對觀察者靜止時，從A傳播到B的時間為
，如果介質(zhì)速度為v，其傳播速度就是靜態(tài)傳播速度與介質(zhì)速度的矢量疊加，從A傳播到B的時間為
，當(dāng)介質(zhì)速度的方向與傳播方向相同時，可以得出薩格納克值為
，相反時為
。例如，利用超聲波測量風(fēng)速過程中，已知c= 340 m/s，L= 0.1 m，如果測量出順風(fēng)與逆風(fēng)的時間差Δt= 0.01 ms，則順風(fēng)與逆風(fēng)的時間差就是上述兩個正反相時薩格納克值的差：
，由于c>> v，可計算出風(fēng)速
=5.78 m/s。
B. 環(huán)形干涉儀中的薩格納克值
如圖7-6所示，假設(shè)環(huán)路是邊長為a的正方形，環(huán)形干涉儀以中心為原點(diǎn)，以角速度ω順著光的傳播方向旋轉(zhuǎn)，如果以觀察者（接收點(diǎn)）為參考點(diǎn)建立坐標(biāo)系，則光路上的介質(zhì)（以太）在光傳播方向上的速度為
，如果以介質(zhì)（以太）為參考建立坐標(biāo)系，則光源和接收點(diǎn)在光傳播方向上的速度為
。不論以哪種參考系，波的傳播速度都可表示為c-v。當(dāng)環(huán)路相對以太靜止時，光傳播所需要的時間為
，以角速度ω旋轉(zhuǎn)時，光傳播所需要的時間為
，薩格納克值可表示為
，正反向傳播的時間差為
。例如：如果a= 1m，ω= 1 rad/s，則環(huán)形干涉儀的薩格納克值Δt= 2.22x10-17 s，正反向傳播的時間差為4.45x10-17 s。
C. 中日雙向時間傳遞的薩格納克值
這個實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是中國國家授時中心同日本合作而測量出來的，中國的實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)在西安（A，北緯 35.68°東經(jīng) 139.75°），日本的實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)在東京（B，北緯34.27°東經(jīng)108.9°），地球同步衛(wèi)星C在地球赤道上空， 距地心42100 公里，如圖26所示。
圖26.中日雙向時間傳遞實(shí)驗(yàn)
圖中的XOY面為赤道面，為了計算方便，假設(shè)C點(diǎn)和B點(diǎn)的經(jīng)度相同，可以計算出從A到B的直線距離AB= 2800 km，BC= 37000 km，AC= 38000 km，∠ACB= 0.07 rad = 4°。
如果地球同步軌道內(nèi)的以太與地球同步旋轉(zhuǎn)，則從A點(diǎn)發(fā)射的電磁波經(jīng)C點(diǎn)傳播到B點(diǎn)時，薩格納克值為0，但從3.1.2節(jié)的描述可以看到：只有高度在100公里內(nèi)的以太與地球同步，也就是說，假設(shè)中轉(zhuǎn)衛(wèi)星定點(diǎn)于地球表面上空100公里處，無論電磁波的傳播方向與地球自轉(zhuǎn)方向是否相同，所得到的薩格納克值都是0。當(dāng)高度大于100公里時，以太的旋轉(zhuǎn)速度逐漸降低，在距地面36000公里的同步軌道上，在月球的拖動下，以太相對地心的旋轉(zhuǎn)速度只有91 m/s，如圖1所示。
以地球中心為參考點(diǎn)建立坐標(biāo)系，同步衛(wèi)星靜止于C點(diǎn)，可以求出以太在C點(diǎn)的速度約為-3000m/s，方向與B點(diǎn)的切線方向平行，負(fù)號表示與地球自轉(zhuǎn)的方向相反。在C點(diǎn)上，由于∠ACB= 0.07 rad ，可以求出以太的速度在傳播路徑上投影為-208 m/s，由于以太相對于球心點(diǎn)的速度與距離成正比，因此，可以求出在電磁波的傳播路徑AC上任一點(diǎn)（距地球表面大于1000公里）以太的速度，在AC上的投影都等于-208 m/s。因此，電磁波從A到C傳播時所產(chǎn)生的薩格納克值可表示為
，把L= AC- 200000= 3.78x107 m，v= 208 m/s代入可得：Δt= 87.5 ns。由于電磁波從C到B傳播時，以太的運(yùn)動方向與傳播方向垂直，BC段的薩格納克值為0，因此，從A經(jīng)C到B的總薩格納克值為 87.5 ns。
4. 結(jié)論
光是以太介質(zhì)中傳播的機(jī)械波。
