闲聊宇宙（70）——波粒矛盾

文/侯工

网友：

楼主应该有些物理功底，关于光的波动性讲的不错，这就是著名的“惠更斯论述”，只要粘贴过来即可；但你说光的波粒二象性是伪命题那就大错特错了，光除了波动性还有粒子性，请你百度一下“铷光电放大管的工作原理”，那种现象是光的波动性解释不了的，另外量子力学也很好地显示了光的粒子性，因为波动的电磁场是不可能分为齐头整份的！望楼主多了解基本原理。

侯工：

欢迎光临。谢谢点评。

对于光微粒说，鄙人不敢苟同，谨商榷如下：

光微粒说无法解释一束光射到两种介质分界面处会同时发生反射和折射，也无法解释几束光交叉相遇后彼此毫不妨碍的继续向前传播的现象。再说，光微粒说根本不能回答为什么光线并不是永远走直线，而是可以绕过障碍物的边缘拐弯传播。如果光是微粒，经过长期的照射，地球表面应该积满灰一层厚厚的光子尘，可是并没有光子尘的存在。如果光是微粒，只要我们看到普通光，眼睛就会被光子伤害。

1801年，托马斯·杨为了证明光是一种波，在暗室中做了一个举世闻名的光的干涉实验．干涉现象是波动的一个特性，托马斯·杨的成功，证明了光确实是一种波，它只有用波动说才能解释，微粒说对此一筹莫展．

第二个实验是光的衍射实验．衍射现象也是波的基本特性之一，这是一种波在传播过程中可以绕过障碍物，或穿过小孔、狭缝而不沿直线传播的现象．法国物理学家菲涅尔的实验，成功地演示了明暗相间的衍射图样，在微粒说看来，光的衍射现象则是不可理解的。

到了19世纪中叶，法国物理学家菲索和付科，分别采用高速旋转的齿轮和镜子，先后精确地测出光在水中的传播速度只有空气中速度的四分之三。又一次证明了波动说的正确性。因为光从空气进入水中时产生折射并且改变了速度，如果光是粒子就不会这样。

到19世纪60年代，麦克斯韦总结了电磁现象的基本规律，建立了光的电磁理论．到19世纪80年代，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，并证明电磁波确实同光一样，能够产生反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象．利用光的电磁说，对于以前发现的各种光学现象，都可以做出圆满的解释．这一切使波动说在同微粒说的论战中，取得了无可争辩的胜利．

先哲们认为以太是光波的传播介质，这是对的。以太子没有质量，没有电磁性，可以自由地穿透任何物质，所以人类无法捕获它。

其实波动说与粒子说是互相矛盾的——如果说光是波，它就是象水波和声波一样只有波形在介质中传播，本身没有载体；如果说光是粒子，它就会象子弹或者宇宙射线一样没有波形而有载体；所以两者只能取其一。通过光的干涉、衍射和偏振等大量的实验都说明光是以波的形式传播的，而说明光的粒子性只有光电效应，但是，鄙人已经证明，光电效应并非由光子引起的，而是由光的频率引起的——电子的固有频率与光的频率产生共振而逸出原子成为自由电子从而形成光电效应。光电效应与光波的频率有关。马克斯·普朗克发现的普朗克关系式E=hv （h为普朗克常数），将电子逸出能量 E与光频率 v关联在一起，而与“光粒子”（质量）无关，说明光电效应是电子对光波的频率响应而导致的共振现象。同时说明光电效应不能证明光的粒子说，因为，光电效应必须要一定频率的光。如果存在光子，只要普通的光就可以了。

再说，光是由电子跃迁产生的。电子由5个最小粒子构成。最小粒子是不可再分割的粒子。如果电子在跃迁时放出光子，这些光子从何而来？如果从电子来，一个电子只能放出5个光子，那么光源很快就消耗殆尽了。

网友：

用共振来解释光电发射是行不通的，大家都知道共振现象只能发生在特定的频率，例如音叉，只能在特定的某个赫芝数以及其整倍数引起共振，而光电发射不是这样，只要是高于某一阈值的光都可以发射，相反，低于这个频率的话，无论你如何加大光的强度（流明）都不会发射，这是波动性所无法解释的。   

侯工：

光电效应用共振解释确实不很完美，有必要补充说明：当外力的频率大于系统的固有频率时，系统的响应是及时的，这时系统的振动频率由外力决定。系统内部的运动跟得上外力的运动。这时称为谐振。而当外力的频率与系统的固有频率相当（相等或整倍数）时，系统的运动受外力的周期作用而加强。这时称为共振。无论是共振还是谐振，都只与光的频率有关，而与粒子无关。当光的频率（1）达到或者（2）高于某一阈值的时候，（1）与电子的固有频率发生共振，或者（2）与电子发生谐振，这两种情况都可以发射电子，从而形成光电效应。由此可见，光电效应证明光的波动性，因为这里不需要粒子的特征——质量，只需要波动的特征——频率。根据普朗克关系式E=hv（h为普朗克常数），达到或超过一定频率阈值的光可以提供电子逃逸所需的能量，这就是光电效应的实质。