virtualjudge,现代物理学还有提「波粒二象性」的必要吗

virtualjudge，现代物理学还有提「波粒二象性」的必要吗？

这是一个本不该敏感的挑战性话题，笔者认为，「波粒二象性」当然有自己的一席地位，但不能遏制其它先进理论问世。

1.首先明确：科学原理≠科学理论

科学原理，是①在特定语境下的②百试不爽的③可作理据的④无可争辩的真理。

诸如：牛顿三定律、引力定律、光电效应原理、电磁感应定律、质量/能量/电量/动量/角动量之五大守恒与转换原理。

提示：不要超语境的苛求科学原理。

任何真理都有特定的适用条件，无条件原理或者绝对真理是不存在的。

举证：有人说万有引力定律涉嫌超距，牛顿也没说过可超距，其实只要把空间换时间变成时间版的引力定律，即可释疑：

F=Gm₁m₂/r²=Gm₁m₂/(ct)²

=G'm₁m₂/t²...(1)

其中，r=ct，G'=G/c²...(2)

科学理论，是①以科学原理为依据②解释已知现象或预测可能性③尚有争议的学说。

诸如：宇宙爆胀论、电子跃迁论、不确定理论、量子纠缠论、爱氏相对论、标准粒子论、波粒二象性、黑洞视界论、超弦论。

提示：不要把科学理论夸大为科学原理。

即使理论可以解释某些现象，但只要稍有不自洽，就不能晋升为科学原理。

举证：电子跃迁论，可能存在两个不自洽，即与有关原理或事实不协同：

①「电子吸能」不自洽。其实电子内空间是极密的饱和态，不能再吸收辐射能；

②「电子跃迁」不自洽，其实轨道之间必有运动的轨迹，不可能超距性的跃迁。

2. 科学理论也要遵循【断后证】法则

断后证 (Judge and Reason) 的意思是：

如果你主张了一个断言，就必须给出充要的证据，即：【谁主张谁举证】。

或者说，主张者必须自证清白，主张者不可要求别人为其举证，但可以被别人证伪。

若举证不严密，或有瑕疵，或违和原理，或无法验证，则该主张就是伪命题或谬论。

科学理论与法律诉求的逻辑一样，要遵守断后证的游戏规则，这是科学思维的底线。

对某现象的解释可以有不同的方案，每个方案是平权的，不可以学术霸权以强凌弱。

大路朝天各走各路。不同理论间彼此尊重。正路只有一条，孰是孰非，时间会告诉。

要秉承实事求是的科学精神。不要以势压人，哗众取宠的玩意，终将退出历史舞台。

3. 关于「光的发生机制」的三种理论

就「光的发生机制」而言，有三种理论。

①光的波动说：光是光源激发真空场必有场介质的电磁辐射波，本质是真空场。

②光的粒子说：光是光源发射出来的无需场介质的离散光子簇，本质是光子簇。

③波粒二象说：光是光源发射出来的无需场介质的离散光子波，本质是物质波。

4. 「有无真空场」是光争议的焦点

本节是本题的基础条件，虽爱氏相对论否定真空场的存在，但真空不空已成共识。

4.1 大家想一想下面这12个问题

▲著名的卡西米尔效应，用机械震源，激发超薄真空腔，产生电磁辐射，表面电磁波就是真空被挤压的场效应。

下面的一打问题，旨在切入真空态、真空场、场介质、场效应的初步认知。

1）真空态是特殊物态？

参考：不是，而是基本物态。

2）真空场是场介质么？

参考：是的，而且是基本介质。

3）电磁场是场介质么？

参考：是的，是被挤压的场介质。

4）引力场是场介质么？

参考：是的，是被电子扰动的场介质。

5）电磁波是场效应么？

参考：是的，是电子切向运动激发的。

6）引力波是场效应么？

参考：是的，是电子自旋运动激发的。

7）机械波是场效应么？

参考：是的，是分散激元运动激发的。

8）各种力由什么传递？

参考：动力学的力，皆由真空场传递。

9）各种能由什么传递？

参考：无论什么能，皆由真空场传递。

10）电子内部是真空么？

参考：电子内空间是最高密度的场介质。

▲正负电子对撞，电子急剧膨胀为光子，消弭在真空场，不妨可以说明：电子内部是「空」的。

11）光子内部是真空么？

参考：光子是虚构场量子，是真空态。

12）介子内部是真空么？

参考：介子是虚构场量子，是真空态。

▲正负质子对撞后降解。夸克是虚构的，是不能独立存在的，高能玻色子发散为光子。

4.2 为了避免超距论，可以有下规定

①真空态定义，真空态是不含亚原子的只含虚构场量子的非几何形态的真实空间。

②宇宙是空的：无论是电子内空间还是外空间，宇宙中的一切存在形式都是真空场。

③电子的内部，空而不空，是最高密度的真空场，此称电子态。在地球环境下的电子态的寿命最长，约10³⁵年。

④电子的外部，空而不空，是极低密度的真空场。地球辐射带充斥等离子体与真空场。微波辐射带充斥电子耗散的场量子。

⑤真空场定义：场是①吸收能量②传播能量③传递力④传播波的基底性介质或载体。

5. 【量子场效应】VS【场效应量子】

本节讲：量子的概念与分类，量子间的关联，即量子场效应VS场效应量子。

5.1 量子的定义与分类

定义1：量子(quantums)是基于场效应(field effect)关联的实量子(real)与虚量子(virtual)的统称。

定义2：实量子(real quantums)是以高密度场存在的实粒子(real particles)。

诸如：电子、核子、原子、分子、大分子、细胞电荷簇。电子是实量子的基元成分。

定义3：虚量子(virtual quantums)是以低密度场介质存在的虚粒子(virtual particles)。

诸如：引力子(γ)、光子(γ)、声子(γ)、胶子(g)、介子(W±/Z⁰)。虚量子也叫玻色子。

▲空气介质承载的声波，是光学支与声学支之间的交互传播。声源电子激发场的声子看（或光子），声子激发空气分子（或激元）......，依次类推。

5.2 量子场效应的概念

量子激发的场效应，简称量子场效应，主要指量子激发真空场介质的三个效应：

①电磁辐射效应：也叫光电效应，作为波源的实量子切向运动挤压并扰动了真空场，激发场介质波动或电磁辐射，

½m△v²=(m/m₀)△hc/λ...(3)

②场的质增效应：由于场空间受到挤压而伴随场密度有所增大：其质量增量(m')为：

m'=m₀(R/r)³...(4)

其中，R是电子轨迹半径，r是光子半径。该方程可取代「希格斯场质增机制」。

▲类比「音障效应」：好比飞行器，电子达到准光速时，急剧挤压前方场空间，后方被周围场介质急剧填压，导致场密度急剧上升，此现象叫【场的质增效应】，可解释核子质量方程。

③电子加速效应：当外加的电磁辐射会使实量子（实际承受者是电子）产生加速运动。

5.3 场效应量子的概念

场效应量子，或称「虚量子化」，是把量子激发的场效应量子化的测量手段。这里有五个要点。

要点1：所有虚量子或玻色子，统称场量子，在不考虑引力子时，可归一为光子。例如把胶子与声子看成若干光子的簇。

要点2：光子是各种能、各种力、各种波的传播子，可以看成电磁正弦波的一个波节。其波节长度即波长，波节拓扑的圆盘半径叫光子半径：r=λ/2π...(5)

要点3：虽然光子并不实际存在，但是由于光子参量，如波长、频率、密度、温度，代表场效应的强度指标，总是与实量子之间有共时的函数关系，故光子与电子一样具有逆向的场效应。

要点4：光子是有质量、有能量、有体积的虚粒子，光子质量可恒为电子质量常数，这样，光子密度与波长成反比，与频率或温度成正比，

这就不再涉嫌黑体模型的「紫外灾难」问题。只要光子是零维质点，就必然涉及第二次数学危机之类的困惑。

要点5：相邻光子之高能态在长途涌动过程中，总会因为低能态真空场的吸能传播而衰减，简称【熵增性红移】。

可以把哈勃常数H₀，修正为初始频率到终端频率的降频倍率，即

H₀=74km/s/Mpc...(6)

H₀=3.76×10¹²Hz/Hz/Mpc...(7)

考虑到实际工作中，电磁辐射的红移现象，绝大多数情况不会超越背景辐射带或拉格朗日平衡点之内，即大约150万千米。

可将单位光程[Mpc]调整为[Mkm]，有：

Mpc=3.26×10⁶×9.46×10¹⁵=3.1×10¹³km

H₀=3.76×10¹²÷(3.1×10¹³)...(8)

H₀=0.12Hz/Hz/Mkm...(9)

光每走100万千米则降频0.12倍。可见，

红移很迟钝，可近似把单色光处理为【全同光子】：初始光子≡接收光子，即：

即：f₀≡fₙ，λ₀≡λₙ...(10)

6.「波粒二象性」的不自洽问题

从第3第4第5三节很容易看出波粒二象性的瑕疵，也是历史局限不得已的调和产物。

首先要厘清「德布鲁伊物质波」的本意。

德布鲁伊物质波，也叫概率波。这是因爱因斯坦力荐的诺奖理念，并作为微观世界动力学的核心法则之一。

6.1 德布鲁伊物质波的概念

德布鲁伊认为，作为实量子的核外电子，在原子内空间的没有运动轨迹，都是随机性的突然分布在某个点位，构成电子云。

他的波不是常规理解的像水波或风波或地震波之类的正弦波图景。

换言之，他的物质波都是「离散的云」，不是连续的「波」。

▲氢原子，一个核外电子的电子云。

可以有1个实量子云，如：1个电子云，1个核子云，1个原子云，1个分子云，1个子弹云，1个流星云，1个行星云，1个恒星云，

可以有1个虚量子云，如：光子云，1个引力子云，1个胶子云，1个介子云，1个声子云。按此逻辑，电磁波是1束光子云。

6.2 德布鲁伊物质波方程

常有的单电子物质波方程为：

λᴅ=h/p=h/m₀v...(11)

其中，m₀是电子质量，v是电子运动速度。

通用的大粒子物质波方程为：

λᴅ=h/p=h/mv...(12)

其中，m是实体质量，v是实体运动速度。

就单电子物质波的波长而言，似乎看不出有多大问题，但是对于大粒子物质波而言，我们发觉有点不对劲。请看第6.3节的分析。

6.3 波粒二象性的几个瑕疵

这里的瑕疵不是「瑕不掩瑜」的瑕。某种意义上，可能是致命的弱点。

这几个瑕疵，是笔者困惑了几十年，经过数百次的推敲与验证，给出几个典型的质疑与证据，读者不要急着下结论，我断续几十年，你也得玩味几天吧。

瑕疵1，物质波与光电效应，不协同。

爱因斯坦的光电效应方程，也是获得诺奖的重要原理。大意是，如果外加电源迫使核外电子加速运动获得动能增量，达到一定阈值，该「束缚电子」就会挣脱核电荷的束缚，变成光电子或「自由电子」，与此同时，光电子激发出电磁辐射能增量，此时的光子频率，叫极限频率，电源施加的能量叫脱出功。

eU=½m₀△v²=h△f...(13)

显然，电子震荡速度平方(v²)与光子辐射频率(f)成正比，可推电子激发的光子波长

λ=2hc/m₀v²...(14)

此式也可作为原子光谱的波段方程，电子震荡的不同速度，对应激发光子的不同波长。

方程(14)显然与德布鲁伊物质波方程(11)的大不一样。而描述电子行为是一样的。

考察β线电子初速度v≈c，爱氏「电子激发波」与德氏「电子物质波」有何差别。

λ=2hc/m₀v²=2h/m₀c...(15)

λᴅ=h/m₀v=h/m₀c...(16)

这里，λ=2λᴅ...(17)

两个波长相差1倍，还不打紧，问题是，对于大粒子物质波而言，差别就离奇了。

据笔者研究，大粒子切向运动，激发电磁辐射，遵从热力学第一定律：

½mv²=1.5kT=(m/m₀)hc/λ...(18)

可推，该粒子激发的电磁辐射波长依然是

λ=2hc/m₀v²...(14)

可见：大质量粒子激发的光子波长，相当于其所含1个电子伴随速度(v)所激发波长。

例题，导弹的质量m=1000kg，导弹的飞行速度v=1000m/s，试估算该导弹物质波的波长与频率。

解：按德布鲁伊物质波方程(12)，有：

λᴅ=h/mv

=6.63×10⁻³⁴÷(10³×10³)

=6.63×10⁻⁴⁰[m]

请读者注意：此波长比所谓最小的「普朗克尺度」Lᴘ≥1.62×10⁻³⁵米小10000倍❗

fᴅ=c/λᴅ

=3×10⁸÷(6.63×10⁻⁴⁰)

=4.52×10⁴⁷[Hz]

该导弹物质波的频率，比伽玛光子的频率约为f≈10²⁰Hz高出10²⁷倍❗

不管这两个德布鲁伊参数有多奇葩，关键是我们要思考，有何实际意义。

如果我们按方程(18)与方程(14)来求导弹挤压真空场所激发的光子波长，则有：

λ=2hc/m₀v²

=2×6.63×10⁻³⁴×3×10⁸÷(9.1×10⁻³¹×10⁶)

=43.7[cm]，相当于无线电波的短波。

▲图中有电磁辐射的最短波长与最高频率，这里没有德布鲁伊物质波的事。

瑕疵2，粒子运动无轨迹，涉嫌超距论

这个比较容易理解。量子力学有一个不成文的规定，说「电子运动无轨迹」，还有两个变相说法「电子同时身在各地」、「电子可以同时正反转」。

据称，这是微观运动的「诡异现象」😱😱😱，不能用常规的经逻辑来理解。

要问为什么，回答很狠——就这样，没有为什么，爱信不信，爱咋咋地💪💪💪。

不过，这些说法是最典型的超距论，凡是智力反抗主义者，都不以为然。

这个问题，点到为止，留给读者们定夺，我这里不必多费笔墨。

瑕疵3，零维粒子，密度无穷大灾难

基于波粒二象性理论，量子力学把所有的微观粒子，例如夸克、电子、缪子、中微子、质子、中子等费米子，例如胶子、介子、光子、引力子、希格斯子等玻色子，一律看成没有体积的零维粒子，换言之，所有粒子都是一个质点。

这就势必导致：它们都有质量与能量与电量，但就是不能有质密与能密与荷密，否则就会导致密度无穷的灾难，包括所谓的紫外灾难。这样的后果与第二次数学危机，没什么两样。我还是在此点到为止。

瑕疵4，无法解释分散激元的机械波

波粒二象性理论，无法解释机械波的发生机制与传播机制。

因为，它们的光子都是从波源粒子「肚子里吐出来」的，都是像「发射光子弹」一样射出来的，而不是从真空场激发出来的。

二象主义者，当然无法解释机械波的光学支与声学支，也不可能解释电磁波的工作原理。请回看前文相关解释，不再赘述。

结语

量子力学，虽然已有上百年的发展，但依然处于小儿科阶段，出现一些问题很正常，毕竟涉及物理学的深水区，毕竟在追究终结性的天机。上帝说了，天机不可泄露。

如何把「物理思维」与「数学思维」切合起来，如何把「纯自然」与「超自然」切合起来，对于物理大家来说，依然任重道远。

（完）