序言
光是粒子還是波？科學(xué)界爭(zhēng)辯了幾百年，直至20世紀(jì)20年代提出“波粒二象性”后，才告一段落。但是波和粒子的解釋互相不協(xié)調(diào)，自量子論誕生以來，許多化學(xué)學(xué)家和哲學(xué)家都頑強(qiáng)地奮斗過這個(gè)問題[1]，遺憾的是都無果而終。似乎“光具有波粒二象性”已被人們廣泛接受，但筆者覺得，這僅是一種限于當(dāng)時(shí)科技和認(rèn)識(shí)水平而被迫妥協(xié)的結(jié)果，許多人將它視為一個(gè)權(quán)宜之計(jì)波粒二象性，而不是一個(gè)終極的答案。
1.光束與單光子在干涉機(jī)制上的矛盾
在科學(xué)界，楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)被視為光具有波動(dòng)性的關(guān)鍵證據(jù)，單粒子的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)被視為粒子具有波動(dòng)性的有力證據(jù)。
理智比較光束和單光子的雙縫實(shí)驗(yàn)不難發(fā)覺，后者的解釋是通過雙縫后的不同光子之間發(fā)生干涉，而前者的解釋是同一個(gè)光子同時(shí)通過雙縫后與自身干涉。其實(shí)，對(duì)于同一套實(shí)驗(yàn)裝置形成的干涉白色出現(xiàn)了兩種完全不同的干涉機(jī)制。
莫非自然界為我們打算了多套干涉形式，以供我們依照須要來任意選擇嗎？面對(duì)上述兩種實(shí)驗(yàn)事實(shí)，其實(shí)我們?cè)缫焉硐莞缮鏅C(jī)制的解釋窘境之中。
2.光的波粒二象性在適用范圍上的矛盾
現(xiàn)代數(shù)學(xué)學(xué)覺得，對(duì)于光的波動(dòng)性和粒子性，它們的適用范圍是不同的，即討論光與物質(zhì)（物體）互相作用時(shí)粒子性有效，討論光在空間中的運(yùn)動(dòng)時(shí)波動(dòng)性有效。
現(xiàn)代數(shù)學(xué)學(xué)還告訴我們，不論任何物體，構(gòu)成物體的分子或原子之間存在著間隙、原子核與電子之間也存在間隙等等。反正，一個(gè)物體就是由漂浮于空間中的各級(jí)粒子通過不同作用關(guān)系逐級(jí)構(gòu)成的一個(gè)松散結(jié)構(gòu)的聚合體。
如上所述，按照接觸的相對(duì)性原理[2]可知，任何物體或粒子間的互相作用都是在一定間隙下通過場(chǎng)傳遞的。也就是說，無論一個(gè)光子與某個(gè)物體作用與否，光子仍然處于空間之中。而無論物體內(nèi)的空間還是物體外的空間，它們都是整個(gè)連續(xù)空間的一部份，光的粒子性和波動(dòng)性在空間上的精確分界線應(yīng)在那個(gè)位置呢？其實(shí)，從連續(xù)空間的角度看，這個(gè)分界線并不存在。
可見，“光具有波動(dòng)性質(zhì)”的推論是令人懷疑的。
3.對(duì)普朗克“諧振子”中的“能量子”的推論
1900年，普朗克從適用于高頻的維恩位移定理和適用于低頻的瑞利－瓊斯分布公式，擬合出了普朗克宋體幅射公式。為了給出公式的解釋，普朗克覺得，形成電磁波的源可看成是“諧振子”，因而假定諧振子的震動(dòng)能量（Er）只可能取離散值，即：Er=nhv0=nε0
與此不同，1905年愛因斯坦為了解釋光電效應(yīng)，假定電磁波本身是量子化的，即光由粒子組成，稱之為光子。光子的能量（Ev）可表示為：Ev=hv
筆者覺得，“諧振子”的概念是普朗克為理解他的宋體幅射公式而提出的，它未必是一種真實(shí)的存在。由于“諧振子”無法被直接觀測(cè)，實(shí)際上我們是通過觀測(cè)“諧振子”發(fā)出的光子來間接理解它的。換言之，“諧振子”的能量Er是通過它發(fā)出的光子的能量Ev反映下來的。可見，Er與Ev是同一個(gè)數(shù)學(xué)量。于是有：Ev=Er=nε0=hv
上式中，ε0不再是“諧振子”中的能量子，而應(yīng)理解為光子中的能量子。由此可知波粒二象性，光子的能量Ev是能量子ε0的整數(shù)倍。換言之，光子是由若干能量子ε0構(gòu)成的，光子所含能量子的數(shù)目越多，光子的能量就越高，在真空中它的轉(zhuǎn)動(dòng)頻度也越高。
可見，光的本性是粒子。光的所謂“波動(dòng)性”的粒子解釋詳見筆者撰寫的《系統(tǒng)相對(duì)論》相關(guān)章節(jié)，限于篇幅，不作贅言。
參考文獻(xiàn)
[1]楊南寧,江興方,柯善哲.近代化學(xué)[M].上海:科學(xué)出版社,2009:18-19.
[2]劉泰祥.系統(tǒng)相對(duì)論[M].上海:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,2012:18.
作者簡(jiǎn)介：劉泰祥(1969～)遼寧莊河人，中級(jí)工程師，研究方向：理論化學(xué)。