光到底是光波还是光粒子呢?有何依据?

未来探索菌


简单说,光既是粒子也是波,它具有波粒二象性,里头粒子性和波动性,光本质上是一种电磁波,也是能量的载体,而光粒子(光量子)也是电磁辐射的载体,在量子力学中,光粒子被认为是电磁作用的媒介子。与其他基本粒子不同,光的静止质量为零,意味着光在真空中的传播速度为光速!

光可以发生折射,干涉和衍射等波动行为,也具有光电效应这样的粒子性质!

那么,为什么光的性质如此特殊,为什么具有波粒二象性,既是粒子也是波呢?

其实严格来讲,光具有波动性和粒子属性,只不过是说不同频率的光表现出来的属性会不一样,波长较长的光更多的表现为波动性,而波长较短的光更多的表现为粒子属性!

也就是能量越强的光,粒子属性越突出,反之波动属性就越突出!

同时,按照量子力学的描述,任何微观粒子都可以用波函数来描述,都具有一定的波动性,这意味着由微观粒子组成的我们也具有波动性,只不过我们的波动性实在太不明显了,更多的呈现为粒子属性,波动性可以忽略不计,这也牵扯到一个概率问题,当概率低到一定程度,现实就就相当于不会发生!

所以,简单来说,光就是一种能量,是电磁波,具有波粒二象性,只不过是波动属性和粒子属性哪个表现的更明显,哪个占据“统治性”地位!


宇宙探索


光线在我们日常生活中大多数人都会认为是一条直线,从太阳到达我们地球的光线就是一条连续的直线,其实没错从宏观角度来说确实是这样的!那么从微观的角度来说光到底是怎样传播的呢?


光到底是光波还是粒子呢?


克里斯蒂安·惠更斯是较早提出光可能是以波的形式传播的科学家。之后牛顿又认为我们的的光可能是由一种非常奇妙的粒子组成的,认为我们的光线不是连续的,之后牛顿在光可能由粒子组成的解释中令当时的物理学界不是很满意,但牛顿在当时物理学界的地位是无人能够动摇的,所以就没有其他科学家去挑战牛顿认为光线是一粒一粒组成的说法。直到19世界初期衍射现象被发现,光以波的现象传播才又回到了人们的视野中。而光是由波的形式传播和光是以粒子的形式传播的争论在物理学界一直没有停止过。那么究竟光是以什么形式传播的呢?


直到1905年爱因斯坦提出光电效应的光量子解释,人们才慢慢意识到原来光具有波和粒子的双重性,也称为光的波粒二象性。


科学依据

光以波的形式传播:

1882年德国天文学家夫琅和费用光栅研究了光的衍射,之后另一位德国物理学家施维尔德用光以波的形式传播成功解释了光栅的衍射现象。

光以粒子的形式存在:

1887年,德国科学家赫兹发现光电效应,光具有粒子性再一次被证实。


二十世纪初普朗克和爱因斯坦提出了光的量子学说,光是以波或粒子的形式传播的争论从此结束。波与粒子在光的面前从此成为一家人。同时爱因斯坦在1905年3月的《物理年报》中指出:对于时间的平均值光表现为波的形式;对了时间的瞬时性光表现为粒子!


所以我们的光从宏观角度来说是以直线传播且具有连续性的!在微观世界里我们的光不但具有波动性,同时也以粒子的形式存在。


遇见H未来


光究竟是什么,被三番五次追究,说明教科书没有解释透彻,就有必要深入探讨。

显然:光有波粒二象性是不负责任的说辞。光无需介质传播,是否定场介质的谬论。

波粒二象性,特指一种粒子波、物质波或概率波,如α射线(氦离子波),β射线(电子束)。

介质,特指真空场,简称介质、场,涉及不同能密梯度的电场、磁场、引力场。

物理学的波,可分三大类:载体波、物质波、介质波。

载体波的概念

载体波,是载体粒子的传播能量的接续性的涌动,也叫机械波。例如:水波、风波、钢轨波、地震波、声波。

水分子,是水波的载体粒子。气体分子,是风波的载体粒子。原子晶胞,是钢轨波的载体粒子。分子晶胞,是地震波的载体粒子。声子,震荡频率在20~2万Hz,是声波的载体粒子。

物质波的概念

物质波,是非载体粒子的独自旅行的断续性的涌动,也叫德布鲁伊波、概率波,用波函数与薛定谔方程描述,反映粒子的不同震荡频率的正态分布。

例如:电子线,或电子束、电子注、β射线,电子是非载体粒子。质子线,或质子波,质子是非载体粒子。α粒子线,氦原子核是非载体粒子。原子波,原子是非载体粒子。分子波,分子是非载体粒子。

介质波的概念

介质波,是由真空介质传播能量的场量子(集团)的接续推涌。介质波包括:引力波、电磁波、生物电波(如脑电波)。

场量子,即真空场的量子,是物质的最小单元。场量子有以下的七个公设。

场量子的公设

公设1:场量子是以光速自旋的球形漩涡体。场量子有质量,有能量,有半径,有体积。场量子的自旋势能:Ep=mc²。

公设2:场量子总是在做最无序的光速震荡。场量子震荡动能:Ek=½m0c²=3×½kT0。

公式3:场量子是各种力与各种能量的载体。承载引力辐射能的场量子是引力子,承载电磁辐射能或者机械震荡能的场量子集团是光量子。

公设4:被激发的场量子是引力子或光量子。波源谐振子发射的角动量激发场量子,混乱无序的场量子,变成径向有序的引力子或光量子。

公式5:场量子的计算规则

考虑到激光制冷可达1nK几乎是绝对零度,与此同时的场介质也是1nK。由此假设宇宙最低能态的场量子,即基态场量子,的若干参数。基态用右下标“0”为标识。

设基态场量子的绝对温标:T0=1e-9K,基态场量子质量:m0=3kT0/c²=3×1.38e-23×1e-9/c²=4.6e-49kg。

基态场量子,处于最无序混沌态,没有类似介质粒子有序推涌的波特性,是纯粹的场。

基态场参数的两个意义:①参与构建统一物理学的参数集,②估算天系超远混沌态尺度。

公设6:引力子的计算规则

引力子参量,以右上角标撇号“'”为标识,以区别光量子参量的无标识。

①1个激发态场量子,相当于1个引力子m'。

②引力子推涌速度,恒为光速:v'=c。

③引力子固有质量,恒为:m'=1.26e-39kg。

④引力子波长,取决于谐振子线频率:c=f'λ'。

⑤引力子半径,取决于其波长:r'=λ'/2π。

宇宙微波背景的绝对温标:T'=2.725K,计算引力子固有质量:m'=3kT'/c²=1.26e-39kg。

微波背景的引力子波长:λ'=7.35cm,频率:f'=c/λ'=4e9Hz。半径:r'=λ'/2π=1.17cm。此时的引力子体积:V'=4.2r'³=6.7cm³。



20161016由LIGO公布双子合并前引力波频率f'=50Hz,引力子波长:λ'=c/f'=6e6m,引力子半径:r'=λ'/2π=9.6e5m≈1000km。

公设7:光量子的计算规则

①6.38亿个引力子,相当于1个光量子。

通常情况下,即在粒子不很遥远的外空间,场介质以引力子与光量子方式充满空间。

高温高压时,引力子汇聚成引力子集团,即光量子。超低温低压时,光量子分解为引力子。接近绝对零度,引力子衰变为基态场量子。

②光量子的推涌速度,恒为光速:v=c。

光量子与引力子的速度不变与不可超越,取决于麦克斯韦方程组衍生公式:c=1/√ε0μ0。

③光量子的固有质量,恒为:γ=9.11e-31kg。

正负电子湮灭为正负光子:±e↹±γ。这是费米子突变为玻色子的哲学方程。电子自旋势能与光子自旋势能:Eep≡Eγp=0.511MeV/c²。

光量子是一个球形漩涡体,频率越高,波长越短,半径越小。反之亦然。


④光量子波长,取决于谐振子线频率:c=fλ。

⑤光量子半径,取决于光量子波长:r=λ/2π。

机械波离不开电磁波的中介推涌。

我们一起来分析空气中声波的传播机制。假设有一个汽车发动机在持续旋转震荡,可作为一个简谐震荡的谐振子。

通常解释:该谐振子不断辐射角动量(或动能),激发附近空气分子,原有无序震荡的空气分子因为承载了声能,变成有序推涌的声子,其逻辑链:谐振子→激发分子→声子→激发分子→声子→..→震荡耳膜。

深入分析:空气分子之间的距离很大,激发空气分子的依次推涌,不可能是分子之间的直接裸碰撞的推涌,或不可能是核外电子之间的直接裸碰撞的推涌。

那么请问:究竟是什么在传递谐振子辐射的角动量呢?用排除法:除了空气分子或原子,只能是场介质,否则就会不可思议。


真实机制:谐振子发射角动量,激发场量子变成光量子→激发场量子→......→激发空气分子→激发场量子→激发场量子→...→激发空气分子→......→激发场量子→震荡耳膜。

虽然其中的电磁波速度极快,但空气分子的震荡速度很低,是制约声波的瓶颈速度。因此,我们似乎看不到电磁波在机械波的核心作用。

结论

光量子*引力子*场量子的三子关联,是解释光的突破口,是大统一物理的基础设施,纯数学演绎的光量子没有出路,只能恶性循环。

物理新视野,旨在建设性新思维,共同切磋物理/逻辑/双语的疑难问题。


物理新视野


关于光到底是什么?是波是粒子?干百年来都是谜,现代科学描述为:光具有波粒二性,波动性用电磁波方式证实,光的粒子性用光电效应证实。尽管被证实为有与存在,依然想象不出光到底是个什么样子,也就描述不出光的型态大小质量等等具体物理量,光到底是什么呢?下面说一下对光的本质认识:

光的本质是:有型动态体发生型态改变引起的存在平衡运动态,简称动态平衡运动态。动态平衡是动态体的内外环境压强平衡过程态,其变化态的型态时刻都在改变,人类认识的光以及各种能量态运动都是动态平衡运动态,由于动态平衡的连续变态性才使能量态可互承互载,互为间容,这些互承互载的动态过程运动态构成了实实实在在的存在空间,也就是说空间由无穷多的光动态互为承载构成,人类称谓的光是以太阳光强度为标准的光明与黑暗,作为人类感知标准,是人类自身的极限界定标准,但在宇宙万物中光明与黑暗没有标准,任何物态各有各的感知标准,都有光明与黑暗界线,无论身处宇宙何处。

光是能量运动态,是宇宙的存在方式,不同运动型态体产生不同的型态改变量,在动态环境下产生不同的动态平衡运动过程态,也就形成不同的能量态,型变量的大小变化过程态构成能量的波动态,波动过程中使沿途的物体发生相应的型态变化,产生粒子的变化性,显现粒子的型态。光的波动幅度由型态体改变量确定,光的频率由型态体完成改变的时间确定,光速由型变体的外环境动态体的压强平衡速度确定。宇宙中的万事万物都处在各不相同的动态环境中,具有各不相同的区域区间压强,光在不同环境下的速度各不相同,所以光速在宇宙空间中并非恒速,而是区域区间的行走变速,因为空间本质上由能量运动态构成,不存在绝对真空,处处充满物质运动态,所以光走到什么地点就是什么速度,速度就由此处的压强确定。

光波与水波都是能量态,其性质是相同的,光波的波速由天体的自旋内压产生的压强确定,水波由地球水体的重力压强确定,地球上的水体在不同重力加速度下产生不同的重力压强,水波的波速也随之改变,光是型态体之间的动态平衡改变过程态,水波是动态体自身平衡态改变,所以无论什么能量态,都是型态体改变的动态平衡运动过程态,表现出的波动性和粒子性都是表面现象,本质是动态体的型变动态平衡运动态。这些寻找单光子的人永远找不出单光子及其大小,永恒找不到光子的质量,因为能量态运动通通是压强平衡运动态运动,是无型存在运动,这些搞单光子科学的都是浪费资源。(本文原创,个人研究结论供参考)


宇宙谱


光(由原子激发的)的本质是波是电磁波,是一个波长的(电磁波)光量子组合。(与人造电磁波不同的是,人造电磁波是宏观态电子振荡波)。这个从光的偏振性、有振动频率、光有多普勒效应、干涉现象及无质量、在真空中光速不变等等都可以证明,光是真空(空间)介质波,这是毫无疑问的。至于光表现出粒子性,是由于光波在波长越短,光量子的能量越大,极短时(相比电子的相比较尺寸),如X 光、γ射线,在其波长尺寸的空间范围内集中的电磁和电场密度变得非常大,能量也很大,所含能量远大于电子轨道跃迁的量子态能量,与电子与原子核作用时就表现出强烈的电磁作用力,就出现了与粒子几乎相同的性质,但并不是变成了粒子,仍然是波。所以光本质是波,只是在某些时候其性质会表现出粒子的运动形态。


维度开拓者


光的波粒二象性哦,所以说光是波和粒子似乎都没错


WANG论科普


简单通俗理解:光子是粒子,光子的行走(运动)路线是波状的。


老者沙龙


光,到底是个什么东西呢?

答:光,是物质脱离“原有存在体系”时的高速运动状态,也是高速运动状态中与围绕在其周围诸多物质高速作用产生出来诸多新物质所呈现出来的轨迹。光,只有在“原有存在体系”的角度来看,才能看到“光”的现象。那么,光,到底是波还是粒子呢?

答:在不同适配条件下,或是波,或是粒子,这就如同我们所在的城市一样,在一定范围之内,它是一个庞大的区域,但是,如果我们坐在高空的飞机上看,这个城市只是一粒沙子大小的粒子。由此,光,是波还是粒子呢?

答,光,是物质,这个物质在不同的适配条件下,或以波的形式表现或以粒子的形式表现。


北京得明


光既不是粒子也不是波。





焰火549


什么是粒子?粒子是固体。固体永远是固体吗?不是的,固体会随着温度升高变成液体,气体,说了一圈,我要说的是,物质会随着环境变化而变化的,物质不是永远不变的。现在回到光的波粒二象性问题,光在不同的场合下,会呈现波的形态或粒子的形态,只要呈现出粒子的形态,波的形态马上消失,如果呈现出波的形态,粒子的形态马上消失,光永远在波和粒子之间只呈现出一种形态,在这种场合下是波,在那种场合下是粒子。现在我用物质的形态与光的形态进行类比,物质在低温下是固体,在高温下是液体,物质可以在固体和液体之间互相转变,但物质呈现出固体形态时,就不会呈现液体形态,在液体形态时,就不会呈现出固体形态,物质可以进行固体和液体互相转换。受物质形态变化启发,我认为,光同样也可以在粒子和波之间互相转换,即,光在光电效应时是粒子,在传播过程中是波。注:我提出光的两种形态的观点,是我对双缝试验作出的判断,通过这个试验,包括电子在内的微粒子都有波和粒子两个形态,我个人同时判断,波是纯能量形态,是没有质量的形态,粒子形态是能量向物质转变的最初始形态,是开始有质量的形态。


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