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博文

关于量子的解释(1)光子

已有 8696 次阅读 2010-8-23 18:58 |个人分类:物质结构|系统分类:论文交流| 光子, 量子, 解释, 电磁辐射, 波粒二像性

    什么是量子?目前还没有准确的答案,也没有值得关注的相关的解释。采用Google输入“interpretation about quantum”进行准确搜索,第一条结果就是我在本网发的第一篇博文中的论文附件,这可能是Google为这个附件文章特意给出的条目。为了不让理论物理学家反感,虽然文章的目的在于此,但在我的论文中没有用这样的关键词,也没有大篇地论述。我认为Google不仅很职业,而且很专业。因此本系列博文取名“关于量子的解释”,介绍论文的主要学术观点。
    1900年M. Planck在研究黑体辐射提出量子假设之后,耗尽毕生精力试图通过经典理论来理解物质电磁辐射的量子化现象,但最终未能获得成功,带着遗憾和忏悔离开人世。
    光是由物质结构变化导致的电磁辐射现象,带着结构的信息,是我们理解量子和物质结构最根本的出发点。因此揭示光的本质就理解了量子,也就理解了量子力学和物质结构。
    爱因斯坦用“光量子”对光是粒子还是波的争论进行了总结,结论性的语言是:光具有波粒二像性,即光既是粒子又是波。这种总结好象是目前的终极论断,很有哲理。因为这个论断暗示我们“如果用波的性质理解不了就用粒子理解,反之就用波”。那么,对于低频无线电波具有球面波的传播性质,波的强度随距离的平方衰减,而高频可见光波的传播,光子的能量似乎并不衰减,遥远恒星的光芒可穿越浩翰宇宙来到地球。对此我不知波粒二像性应作何种解释,才能自圆其说呢??从根本上讲,组成物质的原子和分子是由带电粒子组成,光是由运动带电粒子产生的,难道我们就不能建立一个比目前更完善的电荷互相作用模型,对原子结构和发光现象作出更合理的解释吗?
    经典电磁理论认为,加速运动是导致带电粒子产生电磁辐射的根本原因。在原子结构中,带电粒子的加速运动是由带电粒子间的电磁场力决定的,其中磁场力取决于与运动电荷等效的电流元间的相互作用,力矢量与电流元的矢量积成正比。变化的磁场产生感应电场,这是法拉弟电磁感应定律的思想核心。变化的磁场由变化的电流产生,因此研究变化电流元的相互作用,是我们正确理解原子电磁辐射最根本的出发点。这种由变化电流元互相作用产生的电磁辐射现象是难以用目前公认的单个加速电荷的加速电场模型来描述的。
    电荷是电磁场以及辐射的终极源,根据场强的定义,电磁场强度是单位电荷的电场力与单位电流的电磁场力,因此研究作用于带电粒的电磁场力也就研究了电荷所处位置的电磁场强度(包括辐射场)。因此通过求解作用于变化电流元上的磁场力变化率,可以获得辐射阻尼力,同时也就获得了电磁辐射场的结果。
    麦克斯韦理论告诉我们,变化的电场等效于空间位移电流,感应电场和感应磁场的相互激发和传播产生电磁波;另外,等离体自约束的现象告诉我们运动的电荷会受到自感磁场的约束作用,约束强度与电流的平方成正比。如果原子中的带电粒子是作轨道运动的,作用于变化电流元的磁场力变化率将于轨道频率的三次方成正比,因此空间位移电流(感应电场)受到的自感应磁力的约束随频率的增加是急剧升高的,带电粒子的电磁辐射空间角随轨道频率增加应急剧收缩。当轨道半径小到某一值时,即频率达到某一高频时,辐射角为零时,带电粒子的电磁辐射就可以被约束在管状的空间中传播,这就是高频电磁波具有定向传播的原因所在,也是可见光传播具有所谓“粒子性”的原因解释。
 
   基于以上理解,对电磁辐射和光子可以给出以下经典解释:
1、运动电荷的辐射应基于运动电荷相互作用模型进行理解,加速运动导致的电流元变化,作用于电流元的磁场力的变化率决定了电磁辐射阻尼力,也就可以获得带电粒子电磁辐射场强度;
2、感应电场等效于空间位移电流,受自感磁场的约束,在空间中传播的空间角随频率的增加急剧收缩。
 
    因此,光子从本质上讲是完全自约束的电磁波,等效为完全自约束的空间位移电流,完全自约束是指电磁波的辐射空间角为零。
 
系列博文:
 
关于量子的解释(1)光子 
关于量子的解释(2)氢原子的电磁自辐射与稳定性
关于量子的解释(3)共振与量子化
关于量子的解释(4)薜定谔方程与普朗克常数
关于量子的解释(5)物质结构理论的新篇章


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