作者：陶東海
日期：2021.10
主題：光不是波
內容：光的粒子性波動性五大實驗，光的衍射干涉實驗證明不了光的波動性，波粒二象性帶偏了量子力學，電磁波與光有本質上的區別。
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《光是粒子不是波》
光是粒子，還是波？實驗結果最能說明問題。
①實驗一。1704年，牛頓著成《光學》，系統闡述他在光學方面的研究成果，其中他詳述了光的粒子理論。他認為光是由非常微小的微粒組成的，而普通物質是由較粗微粒組成。牛頓的直覺，光能產生影子。
②實驗二。赫茲於1887年發現光電效應，愛因斯坦第一個成功的解釋了光電效應（金屬表面在光輻照作用下發射電子的效應，發射出來的電子叫做光電子）。光頻率大於某一臨界值時方能發射電子，即截止頻率，對應的光的頻率叫做極限頻率。臨界值取決於金屬材料，而發射電子的能量取決於光的波長而與光強度無關，這一點無法用光的波動性解釋。還有一點與光的波動性相矛盾，即光電效應的瞬時性，按波動性理論，如果入射光較弱，照射的時間要長一些，金屬中的電子才能積累到足夠的能量，飛出金屬表面。可事實是，只要光的頻率高於金屬的極限頻率，光的亮度無論強弱，電子的產生都幾乎是瞬時的，不超過十的負九次方秒。正確的解釋是光必定是由與波長有關的嚴格規定的能量單位(即光子或光量子)所組成。
③實驗三。1923年，美國物理學家康普頓在研究x射線通過實物物質發生散射的實驗時，發現了一個新的現象，即散射光中除了有原波長λ0的χ光外，還產生了波長λ>λ0的χ光，其波長的增量隨散射角的不同而變化。這種現象稱為康普頓效應。用經典電磁理論來解釋康普頓效應時遇到了困難，康普頓藉助於愛因斯坦的光子理論，從光子與電子碰撞的角度對此實驗現象進行了圓滿地解釋。我國物理學家吳有訓也曾對康普頓散射實驗作出了傑出的貢獻。
④實驗四。1678年，惠更斯完成著作《光論》。在這本書中他提出「惠更斯原理」：波前的每一點可以認為是產生球面次波的點波源，而以後任何時刻的波前則可看作是這些次波的包絡。借著這原理，他可以給出波的直線傳播與球面傳播的定性解釋，並且推導出反射定律與折射定律；菲涅耳在惠更斯原理的基礎上假設這些次波會彼此發生干涉，用這種觀點來描述波的傳播，可以解釋波的衍射現象。特別地，惠更斯－菲涅耳原理是建立衍射理論的基礎，並指出了衍射的實質是所有次波彼此相互干涉的結果。
1818年，菲涅耳將他的論文提交給法蘭西學術院的評委會。評委會的會員西莫恩•泊松閱讀完畢後認為，假若菲涅耳的理論成立，則將光波照射於一小塊圓形擋板，其形成的陰影的中央必會有一個亮斑，因此，他推斷這理論不正確。但是，評委會的另一位會員，弗朗索瓦•阿拉戈親自動手做這實驗，獲得的結果與預測相符合，證實菲涅耳原理正確無誤。
⑤實驗五。托馬斯•楊1801年進行了著名的楊氏雙縫實驗，發現了光的干涉性質，證明光以波動形式存在，而不是牛頓所想像的光顆粒，該實驗被評為「物理最美實驗」之一。
⑥光波認知後產生的後果。
路易•德布羅意於1924年進一步提出的德布羅意假說表明，每一種微觀粒子都具有波動性與粒子性，這性質稱為波粒二象性。從此有了德布羅意物質波。
奧地利物理學家埃爾溫•薛丁格於1926年發表他的薛丁格方程，又稱薛丁格波動方程，是量子力學中的一個基本方程，也是量子力學的一個基本假定。它是將物質波的概念和波動方程相結合建立的二階偏微分方程，可描述微觀粒子的運動，每個微觀系統都有一個相應的薛丁格方程式，通過解方程可得到波函數的具體形式以及對應的能量，從而了解微觀系統的性質。薛丁格方程表明量子力學中，粒子以概率的方式出現，具有不確定性，宏觀尺度下失效可忽略不計。
薛丁格於1935年提出的有關貓生死疊加的著名思想實驗，是把微觀領域的量子行為擴展到宏觀世界的推演。這裡必須要認識量子行為的一個現象——觀測。量子理論認為，如果沒有揭開蓋子，進行觀察，我們永遠也不知道貓是死是活，它將永遠處於既死又活的疊加態，可這使微觀不確定原理變成了宏觀不確定原理，客觀規律不以人的意志為轉移，貓既活又死違背了邏輯思維。薛丁格挖苦說，按照量子力學的解釋，容器中的貓處於「死－活疊加態」——既死了又活著！要等到打開容器看貓一眼才決定其生死。（請注意！不是發現而是決定，僅僅看一眼就足以致命！）
1957年，休•埃弗萊特提出的「多世界詮釋」。原子衰變了，貓死了；原子沒有衰變，貓還活著。這兩個世界將完全相互獨立地演變下去，就像兩個平行的世界一樣。
對一粒光子研究出波粒二象性，發展到所有物質都是波，到非粒非波的疊加態，再到意識參與測量時波函數坍縮，再到多世界多宇宙論。物質的客觀實在性已面目全非。人的觀測使波函數坍縮，大猩猩的觀測波函數坍不坍縮？看一眼月球波函數坍縮而存在，不看時疊加，月球要時刻準備著為地球上70多億人和無數動物隨時的觀測而坍縮與不坍縮，其坍縮與不坍縮變化之快要超光速才行。問題的根源，是光的波粒二象性。
還原光的粒子性，這些無比玄幻的猜想自然終結。光，是粒子不是波。光衍射、雙縫干涉和惠更斯的球面波傳播原理，都說明不了光的波動性。我在《引力》一文中，用光的粒子性清楚地說明了光能走出衍射、干涉的效果。阿拉戈的光衍射和托馬斯•楊光的雙縫干涉，是用光子的粒子性，驗證了光的「波動」性。一個小伙子跳出妖嬈的姑娘舞，就斷定這小伙是姑娘身？
惠更斯在他的《光論》一書中，提出球面波傳播的惠更斯原理。這一原理沒錯，但不適合用在光身上，光不是這樣傳播的。若光是球面波方式傳播，那麼所有的光都無法聚焦，雷射無法形成。所有的星星因光發散而不可見，太陽也只是個沒有輪廓的模糊光斑，我們的世界將沒有光束、光線現象存在。惠更斯研究光，發現了球面波的惠更斯原理，但不適用於光。
上述兩大實驗，加一理論，都證明了光具有波動性是個誤判，光不是波。光的三大粒子實驗，其結論沒有任何理由能駁倒它。光是粒子，卻在微觀世界能走出衍射干涉這樣波的步態來（見《引力》一文》），正因光在微觀世界裡能走出波的步態，用波函數和薛丁格波動方程，確實能解決量子力學中的計算問題，就像空間不彎曲，但愛因斯坦用設想下的空間彎曲理論能解決引力問題一樣。薛丁格不認可物質的疊加態和波函數坍縮這一奇怪的量子解釋，才有了「薛丁格的貓」。
餘下最後的問題，光是不是電磁波？答案，不是。
①電磁波與光子作用電子時，能量交換方式和行為完全不同。
先說說通信用的無線電磁波是怎麼產生的。通信用的無線電磁波的產生，需要一根特製的天線，天線內大量的電子，在交變電壓（電場）的作用下，做群體性的有規律的來回的移動。使天線內的正負電荷間的電力線（或磁力線）做鼓圓形的、擴大縮小，再擴大縮小的有規律的循環運動，產生交變的電磁場，向外傳播電磁能，交變規律中就調製了要傳播的信息。信息隨電磁能球面傳播開去。接收端的天線內電子，在這交變的電磁場的電磁感應作用力下，做群體性的有規律的定向隨動，這種有規律的定向隨動的電信號被解碼後完成通信功能。無線電的接收端電子的有規律隨動，是電磁力的作用結果。光子作用於電子，相遇可能量交換，或彈性碰撞，光沒有能力使電子產生群體性的來回振盪的位移行為，光子群體的光壓只會將電子推開做直線運動。它倆與電子的作用方式和作用後電子運行狀態完全不同。
②電磁波與光子產生機制完全不同。
電磁波由帶電粒子的運動產生（自旋、圓周運動、直線來回振盪），光子由電子的能級躍遷產生（不可見光子與電子相遇，電子賦能光子成可見光；高能電子賦能光子，光子成χ射線等）。電磁波是因帶電粒子的運動產生了變化電磁場，變化的電磁場使電子動能通過電磁能量形式的輻射行為。光子能級是電子與光子能量交換後的光子內能的變化行為。人工控制集群電子的電磁波波長能做到0.1毫米級，已接近極限。要做到0.38微米級電磁波波段（按光波的說法這是可見光），已製造不出這種天線。因帶電量的有限性，原子內的電子、質子的電磁波，只能在微觀尺度內起庫侖力作用，宏觀上沒有電磁感應力的存在。中子星的電磁波是脈衝型方波，與光子無緣。
也就是說，在我們現有的電磁波波譜中，吉米波（10～1Gm）至絲米波（1～0.1mm）為電磁波外，電磁波沒有更高能級的波譜。其它能級的全是光子的能級分布，紅外線、可見光、紫外線、χ射線、γ射線、高能射線等都是光子。因為這樣能級的電磁波，宇宙里沒有產生它的機制。電磁波波譜，只有低頻段一小節存在。光子的低能級部分可以低到電磁波波段。光子能級譜，是從低到高全能級覆蓋。電磁波波譜和光子能級譜是內涵不同的兩個物理概念。
傳真（電視）用的波長是3～6米
雷達用的波長在3米到幾毫米
無線電波1毫米～3000米（微波1毫米~1米）
紅外線0.76微米～1毫米（其中：近紅外短波為0.76～1.1微米，近紅外長波為1.1～2.5微米，中紅外為2.5～6微米，遠紅外為6～15微米，超遠紅外為15微米～1毫米）
可見光0.38微米～0.76微米
紫外線10納米～0.38微米
χ射線1皮米～10納米
γ射線0.1皮米～1皮米
高能射線小於1皮米
電磁波可通過帶電粒子的有規律運動按需要隨時產生和停止，光子是能量的量子化存在，其能級可變化，但不可以隨便產生和消亡。
③電磁波與光子傳能方式和路徑不同。
電磁波是球面波，能量發散傳播，波能密度下降速度極快，傳播距離被限。光線是直線傳播，中途能量損失小，傳播距離超級遠（上百億光年）。電磁波可讓電磁場中的帶電粒子來回運動，而直接加熱物體的內部粒子，光子只能作用於物體表面電子，熱能要通過表面電子的熱傳導才能到達物體內部。電磁波能拐彎，光子不拐彎（衍射干涉那是特殊條件的特殊行為）。
上面這些事實足以證明電磁波與光子不是同一類東西。麥克斯韋計算出電磁波波速與光速一致而認定它們都是電磁波，這是個誤判。糾正光子及其它粒子的波粒二象性的錯誤認知，不要讓量子力學走向玄幻。