波與粒子的概念尖銳沖突!波與粒子的矛盾不可調(diào)和!“波粒二象性”只是“臨時(shí)性”的“和稀泥”,并沒有真正解決問題。我們認(rèn)為,要揭開“波粒二象性”謎底首先必須弄清楚:①波與粒子的物質(zhì)屬性及其時(shí)空關(guān)系,分辨開多種波粒二象性,不能讓它們混為一談;②破解波與粒子之間相互轉(zhuǎn)化的物理機(jī)制。
圖一、波與粒子的虛實(shí),用虛實(shí)線區(qū)分;波與粒子同時(shí)出現(xiàn)以實(shí)線連接,波與粒子交錯(cuò)出現(xiàn)則以虛實(shí)線交錯(cuò)連接。
π形圖直觀地揭示:第一種波粒二象性——真實(shí)的波與真實(shí)的粒子相互轉(zhuǎn)換、交錯(cuò)出現(xiàn);第二種波粒二象性——真實(shí)的粒子,虛擬的波,同時(shí)出現(xiàn);第三種波粒二象性——真實(shí)的波,虛擬的粒子,同時(shí)出現(xiàn)。第一種是本質(zhì)上的波粒二象性,后兩種則是現(xiàn)象上的波粒二象性——其特點(diǎn)是“波與粒子一虛一實(shí)且同時(shí)出現(xiàn),不能相互轉(zhuǎn)化,就像實(shí)物與它的影子一樣”。以前的波粒二象性及其關(guān)系,并沒有清晰地揭示這些,只有第三種揭示之后,才能理順?biāo)鼈兊年P(guān)系并和諧統(tǒng)一。
一、真實(shí)的波,同時(shí)也可以看作虛擬的粒子——波在結(jié)構(gòu)上具有粒子性,波可以分解為一系列“基波”,而每一個(gè)基波的能量、動(dòng)量、角動(dòng)量都能與一個(gè)對(duì)應(yīng)粒子的能量、動(dòng)量、角動(dòng)量分別對(duì)應(yīng)相等,此即“第三種波粒二象性(波在結(jié)構(gòu)上具有粒子性,現(xiàn)象上的波粒二象性)”。
二、真實(shí)的粒子,同時(shí)也可以看作虛擬的波——粒子在運(yùn)動(dòng)上具有德布羅意波動(dòng)性,可以用一個(gè)波來(lái)對(duì)粒子的運(yùn)動(dòng)加以描述,此即“第二種波粒二象性(粒子在運(yùn)動(dòng)上具有波動(dòng)性,可以用一個(gè)波來(lái)加以描述,此即另一種現(xiàn)象上的波粒二象性)”。
三、真實(shí)的粒子,可以轉(zhuǎn)化為真實(shí)的波,真實(shí)的波,也可以轉(zhuǎn)化為真實(shí)的粒子,但它們?cè)诖嬖诘臅r(shí)間上必須相互錯(cuò)開,此即“第一種波粒二象性(本質(zhì)上的波粒二象性)”。例如,一顆光子,可以“破裂”(而擴(kuò)散)成為一團(tuán)“電磁基波”,而一團(tuán)“電磁基波”也可以在一瞬間“收縮”成為一顆光子。由于一團(tuán)“電磁基波”在一瞬間“收縮”成為一顆光子可能讓能量的傳輸超光速,從而受到相對(duì)論的禁忌,我們借助空間(量子場(chǎng)的基態(tài))這個(gè)觸媒用“沙漠吸收雨滴模型”破解了這一難題(見下面的附錄一)。
表一、波與粒子的物質(zhì)屬性及其時(shí)空特征辨析,揭示出三種波粒二象性。
附錄一:用“沙漠吸收雨滴模型”描述“波與粒子之間的轉(zhuǎn)換”
我們認(rèn)為,真空并非空無(wú)一物,而是存在大量的處于基態(tài)的量子場(chǎng)(這其中當(dāng)然也包括了處于基態(tài)的量子電磁場(chǎng)、量子電子場(chǎng)、量子中微子場(chǎng)等)。由于基態(tài)的量子電磁場(chǎng)充滿整個(gè)真空,所以,經(jīng)典電磁場(chǎng)(可以按光子對(duì)應(yīng)分解為一系列“電磁基波”的疊加)的基本單元——“電磁基波”滿足一定條件時(shí)可以在一瞬間被處于基態(tài)的量子電磁場(chǎng)(像沙漠吸收雨滴、海綿吸水一樣平面或立體地、全方位地)整體吸收,從而使量子電磁場(chǎng)從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。而處于激發(fā)態(tài)的量子電磁場(chǎng)很不穩(wěn)定,可以在非常短的時(shí)間內(nèi)于真空的某一處放出(吐出)一個(gè)與被吸收“電磁基波”頻率相同的“光子”而從激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)。如此,就完成了真實(shí)的“電磁基波”向真實(shí)的“光子”的轉(zhuǎn)化,而真空中的基態(tài)量子場(chǎng)只是起到了媒介作用——經(jīng)歷一系列變化之后又回到了原來(lái)的狀態(tài)。這就是“經(jīng)典電磁場(chǎng)量子化過程”的物理本質(zhì),也可以形象地稱之為“電磁基波的真空凝聚現(xiàn)象”——“一團(tuán)'電磁基波’在一瞬間'凝聚’成為一顆'光子’”。當(dāng)然,在另一種條件下也可以發(fā)生相反的過程:基態(tài)量子電磁場(chǎng)吸收一個(gè)“光子”,從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài),由于激發(fā)態(tài)很不穩(wěn)定,處于激發(fā)態(tài)的量子電磁場(chǎng)又會(huì)在非常短的時(shí)間內(nèi)向真空中發(fā)射(相當(dāng)于海綿全方位立體吸水的逆過程)出一份與“光子”同頻率的“電磁基波”而從激發(fā)態(tài)回到基態(tài),從而完成“光子”向“電磁基波”的轉(zhuǎn)化,這一過程可以形象地稱之為“光子的真空噴射現(xiàn)象”——光子消失而轉(zhuǎn)化為(噴射出)一份“電磁基波”。這些就是“波粒二象性的相變假說(shuō)”或者“π型三重波粒二象性”對(duì)愛因斯坦所揭示的“第一種波粒二象性”中“波”與“粒子”之間相互轉(zhuǎn)化過程的物理機(jī)制及其細(xì)節(jié)所做出的邏輯補(bǔ)充。
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