光子论的光的电磁理论不能成立?

2021-03-17 财经 124阅读

光的电磁理论是光的“波、粒”说的重要组成部分。电磁理论认为,光是电磁波。
光的电磁理论又是如何产生和发展起来的?目前,海内外学术界都认为,光的电磁理论是由麦克斯韦首先提出,后经赫兹用实验所证实。
麦克斯韦是在什么情况下首先提出“光是电磁波”这一重要理论的?据文献记载。麦克斯韦在得知推得电磁波的速度恰恰与光的速度相同后,非常兴奋。并从光波联想到电磁波,于是就“设想”﹑“ 推测”出光是电磁波。
可见“光是电磁波”这一重要论断只是一种设想。在今天看来,只凭推得的电磁波的速度和光速相同就得出“光是电磁波”这样重要的结论其理由未免太不充分了吧!设想必须得到实验验证和理论证明后才能成立,而“光是电磁波”这一论断至今还没有得到实验验证,赫兹1887年的实验只能证明电磁波的存在,不能证明光是电磁波。如果光是电磁波,就应显示出其电磁性质。功率强大的激光就应具有很强的电场和磁场,事实上,激光仍不能表现出电、磁性质,产生电磁现象。所以说, “光是电磁波”的论断到目前还只能是一种设想,不能成为理论。以上说明光的电磁理论从提出之时就缺乏足够的理论基础和实验依据。 下面对光的电磁理论的核心部分——电磁波方程进行讨论
光的电磁理论认为光是电磁波。波都可以用波方程来表示。如机械波可用波方程表示如下:
y(z.t)=Acos[(kz-ωt)+α]
为了证明光是电磁波,电磁理论者设法建立一个能表示光的波方程,运用麦克斯韦方程组就推导出一组光的电磁波方程如下:
E=Eocos[(kz-ωt)+α](摘自文献[3])
Ey=Eyosin(kx-ωt)
Bz=Bzosin(kx-ωt) (摘自文献[4])
由电磁波方程可得出光的电磁波示意图表示。
应当指出的是,虽然从麦克斯韦方程组可以推导出光的电磁波方程,但方程的推导过程是否合理?方程本身能否成立?它表示的光电磁波是否存在?它能不能用来表示光?这些都是需要理论论证和实践检验的,否则它就不能被确认而成为定论,也是不能应用的。决不能认为只要推导出这组波方程,它就能够用来表示光。 虽然从麦克斯韦方程组可以推导出光的电磁波方程,但方程的推导过程合理吗?波方程可由多种方法得出,但在不同文献的推导过程中都必须有一个特定的共同假设前提条件——即“平面光电磁波”的存在,也就是说光的电磁波方程是在假定 “平面光电磁波”存在这一特定的前提条件下推导出来的。人们不仅要问,在没有上述假定前提条件时,还能推导出这组电磁波方程吗?可以肯定,如果没有平面光电磁波这个假设前提,推导过程就无法进行,波方程也不能得出。
应当指出,“光是电磁波”的论断只是一种假设,这一论断并没有得到实验验证。况且平面光电波也是不存在的,就是当今理论界也承认这一现实,也就是说,光的电磁波方程已丧失成立的前提条件。这也说明光的电磁波方程的推导过程是不合理的,推导方法是不可行的,这样推导出的波方程也是不能成立的。
以上看出,光的电磁波方程是在“平面光电磁波”存在的假设前提条件下推导出的产物,反过来,光的电磁说者又把电磁波方程作为光的电磁理论的重要依据据,并用它来表示光波且这种光波为平面光电磁波。这表明光的电磁波方程和光电磁波分别是以对方存在为前提时才能成立的。这分明是二者之间相互作证,即自己给自己作证。从这一点看,光的电磁理论是典型的“自举”型理论。“自举”型理论是不能成立的。 它是否符合已有的物理学原理?
机械波方程和光的电磁波方程虽然表面上相似,但它们表示的波(量)有质的区别。机械波方程描述的是机械波中质点位移的变化,振幅A表示质点的最大位移。光的电磁波方程描述的是光波中电矢量和磁矢量的变化,E和B表示电矢量和磁矢量的最大值。从某种意义上说,A(位移)和E(B)是有区别的。如果借用热学中广延量和强度量的区分方法,A和E(B)应分别属于两种不同的量,A为广延量,E(B)为强度量。由此看出,A和E(B)表示的意义的确不同,所以说波方程表示的意义是有质的区别的。
机械波方程表示的是介质质点的位移,质点位移可由大到小到0的变化。但不论位移如何变化,机械波所传递的总能量的大小都是不变的、相等的;而电磁波方程表示的是光波的电矢量,电矢量是强度量,它在一定意义上表示光波的电场能,即表示的是光波的能量。应当指出,不论是机械波、声波还是光波,它们的表现形式虽各不相同,但他们都有一个共同之处,那就是所有波传播的本质都是能量的传递。在波的传播过程中,波所传递的总能量是不会变化的。从理论上讲,一个体系或载体如果不和外界交换能量,在运动过程中体系或载体的强度量是不会随时间变化而改变的。如果电矢量也和位移那样可以由大到小到0的变化,那么,光电磁波的能量也将大小变化,有时为0。将会出现能量不守恒现象,这分明是违背能量守恒原理的。如果把光看作物质,将会出现物质不守恒现象,明显违背物质守恒原理,违反物理学原理的任何理论都是不能成立的。
由此我们还可以悟出,象电矢量这样的强度量在不进行能量转移和转换的条件下,是不能用波方程描述的。如果用波方程不能描述电矢量和磁矢量等强度量,那么,光的电磁波方程存在本身就是不合理的,用这样的波方程不能表示光。所以说。光的电磁波方程是不能成立的。 机械波在弹性介质中的产生与传播,实质上是能量在介质中的转化和传递引起的。介质质点受到外力作用时得到能量,使质点产生运动。由于质点(分子)间存在作用力,质点的动能和势能发生转换,位移也发生变化,产生振动形成振源。质点(振源)的振动依次带动下一质点产生振动,从而依次向下传递形成波动。
再让我们看看光的电磁波,麦克斯韦的光电磁波是在电磁“以太”中产生并传播的。由于“以太”并不存在,即使爱因斯坦“允许”电磁场在真空中以波的形式传播,麦克斯韦的光电磁波也已经失去产生的土壤—即失去振源,没有振源波是不能产生的。光的电磁理论没有给光电磁波的产生建立一个清晰的物理模型,不能说明是什么原因产生了电、磁振动,又是在哪里产生了振动,明显的缺少振源也许就是麦克斯韦光的电磁理论的最大缺陷。其实麦克斯韦光电磁波的振源是根本不可能存在的。因为机械波中质点的振动是靠势能和动能的转换实现的,而在光电磁波中,E和B是同步变化的, E和B之间没有发生能量转换。E和B在空间一点同时由小到大,再由大到小变化是不可能的,难道E和B在空间能够自生自灭不成。所以说E和B同步变化的振源是不可能存在的,没有振源光电磁波是不能产生的。
即使上面所说的电磁振动存在,它也是不能向周围传播的。这样的波中电矢量E和磁矢量B是同步变化的,E和B之间没有转换,好象是结伴同行,在这里E和B没有理由向下一点移动,E和B也不会自行向下一点移动,E和B缺乏前进的原动力。事实上,E和B在空间一点形成后,只能在该点周围一定范围内产生影响,并不会自行移动使影响范围变化,并不会象机械波那样将能量由一个质点向下一质点转移。所以说光的电磁波方程所描述的光波是不能在介质中传播的。
认为E和B可以同步变化可能就是人们长期以来认为麦克斯韦的光电磁波能够存在的错误思想产生的根源。 在光电磁波的产生和传播过程中,从波上一点看,每一点上E和B都存在从无到有、由小到大,再由大到小到0的变化。从能量角度看,空间一点的能量将会从无到有、从小到大,这一过程中该点的能量从何而来,接着该点的能量又从大到小、再从小到无,这时该点的能量又到哪里去了?这分明是违背能量守恒原理的。
从整个波列看,在传播过程中,E和B分别在各自的振动平面内由小到大,再由大到小再到0依次变化。这同样出现能量不守恒现象。同一光波的能量为什么处处不等?波每经过一个波峰或波谷后就形成一个波节(节点),波峰或波谷处,光波的能量最大,而在波节之处,光波的能量为0。这和机械波是截然不同的,机械波中能量是处处相等的,而电磁波方程表示的波中能量是处处不相等的,而且波节之处能量为0,这不是明显的违背能量守恒原理吗?这个能量为0的点将成为光的电磁理论难以逾越的最大障碍。
以上看出,光的电磁波方程作为数学表达式(模型)是成立的,其示意图作为数学图形也是可以存在的,这样的波方程描述的只能是E和B数学意义上的分布规律,而不是物理意义上的E和B的变化或传播规律。电磁波方程所表示的波作为物理模型是没有生命力的,因为E和B是不会在空间自行同步变化或移动的。这样的波除明显的缺少振源外,还缺乏传播的原动力,它的存在违背了能量守恒原理,所以这样的波是不能产生、也是不能传播的。电磁波方程的导出不能证明光就是电磁波。
光的电磁理论是在19世纪末才得以完全确立的。1896年罗仑兹发表了《电子论》,提出电偶极子振荡理论,电子论使光波有了发射源头,使麦克斯韦的光的电磁理论得到补充和完善,从而使电磁理论成为光学的重要理论。
当今光的电磁理论实际上是由麦克斯韦的电磁理论和罗仑兹的电子论拼凑而成的,但两种理论所描述的光波是不一样的,麦克斯韦的理论描述的波是缺少振源的无限长平面波,而罗仑兹的电偶极子振荡产生的波是振幅不一的有限长波列,两种理论不能通用,只能相互补充,并不能融合为一体。罗仑兹的电偶极子振源不能“嫁接”到麦克斯韦的无限长波之上。 实践是检验一切真理的标准,光的电磁理论能否成立,要看它能不能在光学实践中应用。实事证明,光的电磁理论不能解释黑体辐射、线状光谱、光电效应等重要的光学现象。极弱光(单个光子)的干涉﹑衍射实验证明了光的干涉和衍射现象不是光与光相互作用产生的。彻底否定了(电磁)波动说光与光相互作用的干涉和衍射理论,光的波动学说关于光的干涉、衍射现象的解释是不能成立的。电磁理论者还在没有任何依据的情况下,自认为光在介质界面上发生反射、折射现象时,入射光中的光波列都是“一分为二”的。然而这样的认识已被弱光的光电效应现象和自然光在反射、折射时表现出的偏振现象所否定。由此得出,电磁理论连光的反射、折射现象也不能给予合理解释。所以说光的电磁理论是不能在光学实践中应用的。
总之,光的电磁理论是麦克斯韦“设想”和“推测”出来的,从提出之时就缺乏充分的依据。该理论至今没有得到实验验证,1887年赫兹实验产生的电磁波的波长还大于6mm,频率远低于光的频率,不能用来证明“光是电磁波”。光的电磁波方程是在特定假设条件并不存在的前提下推导出来的,只能是一个数学表达式,它因违反能量守恒原理是不能成立的。它所描述的光电磁波是客观现实中并不存在的平面单色光波﹔是缺少振源和前进动力的波﹔是违反能量守恒原理的波。这样的波中E和B没有转换,所以是不能产生的,更是不能传播的。该理论对光的反射、折射现象、干涉和衍射现象、黑体辐射、线状光谱、光电效应等客观规律都不能给予合理解释,因而是不能在光学实践中运用的。所以说光的电磁理论是不能成立的,从而说明光不是电磁波。

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