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作者：彭晓韬

日期：2020.03.05

 

[文章摘要]：自从爱因斯坦以假设具有单一频率且携带与其频率成正比动能与动量的光子解释光电效应具有的红限（极限频率）仅与材质有关，与光强度无关等现象，以及用类似的光子说较好地解释了X射线照射轻金属时产生的康普顿效应以来，光子说得到了学术界的普遍认可，似乎已对光子说没有任何歧议了。并且通常认为光子是由原子中的电子在不同能级间跃迁时释放出来的、单一频率的、具有与其频率成正比的动能和动量。但事实上可能并非如此！因为一方面光不仅仅是由电子跃迁时才产生的，绝大部分光源通常情况下并不产生单一频率的光，而是产生连续频率谱的光。而连续频率谱的光是不可能用有限个不同频率的单一频率的光子构成的。同时，光作为电磁波，实际上是变化的电场与磁场，对不同带电体的作用方式是不同的：对带负电的电子和带正电的质子以及电中性的中子的作用是完全不同的，当三种不同粒子同时受到同一束光作用时应该出现完全不同的运动状态变化趋势：电子与质子朝完全相反的方向变速运动，而中子将基本不受影响。这也是本文拟采用的检验光子是否真的存在的实验方案基本原理与前提。

 

一、光子说的由来及概要

光子说是由爱因斯坦提出的，主要是为了解释光电效应中存在红限（极限频率）仅与材质有关，与光强度无关，以及光电子的初速度仅与光的频率有关与光的强度无关等现象。(建立在普朗克能量子的概念之上)光子(又叫光量子)是一种静止质量为零的粒子，具有能量和动量。它的能量表hγ(γ为频率，h为普朗克常量) 表hγ(γ为频率，h为普朗克常量为p=P=h/λ=hγ/c(γ为频率,c为光速,h为普朗克常量)在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量与频率成正比，即E=hγ (h=6.626*10^-34 J.S)

光子理论认为，光是由一份份光子组成，光的传播是一份份光子的传播，一个光子的能量为E=hr(h为普朗克常数6.63*10^-34,r为光的频率)，因此，只要一个光子能量大于金属的逸出功（电子脱离金属原子做的功），电子就会从金属表面脱离；于是，只需光照射到金属表面就会产生光电流，无需时间积累，因此，该过程是瞬时的。[摘自百度百科]

而利用光子说解释康普顿效应时更是直接认为携带与其频率成正比动能/动量的光子与轻金属中的自由电子相互碰撞才导致照射的X射线被碰撞到不同的方向并改变频率的。

 

二、光子存在的真实性质疑

1、光电效应中，更高频率的光为什么不能产生更多的光电子，且光的频率高到一定程序后，光电子数量不增反降，甚至几乎不能产生光电效应；光电子运动方向与光照射方向间的夹角可大于90度，违背动能与动量守恒定律；为什么红限不随光的强度逐渐降低，难道当光子密度高到一定程度后，仍然不会出现稍低于红限的两个或两个以上光子同时或先后作用于同一电子使其成为光电子吗？

2、康普顿效应中为什么没有光子与非自由电子及原子核相互碰撞后被反射或改变方向的、频率变化稍小的X射线成份？难道自由电子的截面积比原子核更大吗？为什么没有光子与其他电子或原子核二次或二次以上相互碰撞的现象？

3、普通光源产生的连续频率的光谱如何用有限的、不同频率的单一频率的光子构成？

4、光通过不同介质时在界面处出现的速度跃升或跃降的能量从哪来或到哪去了？为什么在界面处光速可以跃变，而在均匀介质内部却不会？

5、为什么不会出现不同光子间相互碰撞的现象？

6、为什么光相互干涉时，暗条纹处的光强度相互抵消（光有能量的话，能量去哪了），而明条纹处的光强度为单束光强度的四倍，高出的二倍哪来的？

7、连续频率的太阳光被空气反射出现彩虹或油膜、肥皂泡产生的干涉图像中不同部位仅出现不同频率的光，其他频率的光哪去了？

8、以上问题如果用光是变化的电磁场，它与不同运动状态下的电子、原子核相互作用会产现不同的物理现象来解释反而更加合理。这方面的问题，本人在不同的文章中有比较详细的叙述，在此暂不多谈，

 

三、携带动能与动量的光子若真的存在应产生的基本效应

如上所述，如果光子真的为一份一份的且携带与其频率成正比动能与动量的粒子，那么，光子不仅可以与电子相互碰撞，也应与原子核、质子和中子等粒子产生相互碰撞现象。甚至应该出现不同光子间的相互碰撞!而且由于质子、中子和原子核的质量远大于电子，因此，它们之间的相互碰撞应该更接近完全弹性碰撞。据此，我们可以设计一个实验方案来检验光子是否真的存在：让同一束光同时照射等距离上的电子、质子和中子。

 

四、检验光子真实性的实验方案

方案一：云室方案

云室是目前常用于观测微观粒子的实验室设施之一，各类不同粒子在云室中的运动轨迹是完全不同的。因此，可以考虑在目前云室的基础上，增加可控变频电场与磁场作用于云室某一方向或用固定频率的光定向照射云室，其电磁场变化周期或光的周期应该小于电子、质子和中子在云室中留下运动轨迹持续时间的一半甚至更小，以便观测它们在变化电场与磁场的作用下运动轨迹的变化规律。

如果电子、质子和中子在变化电场与磁场作用下，运动轨迹的改变方向相同，则可以证明光子存在；如果出现电子与质子的运动轨迹改变方向相反，且中子运动轨迹基本不改变，则证明光子是不存在的。只能证明光是变化的电磁场，对不同电性的物质的作用方式不尽相同。

方案二：静止电子、质子和中子方案

当使用同一束光同时照射处于等距离上的相对静止电子、质子和中子时，观测它们的运动状态变化趋势和规律。

如果电子、质子和中子被光照射同时朝同一方向改变运动状态时，则说明光子存在；如果电子与质子朝相反的方向改变运动状态，且中子基本不改变运动状态，则证明光子不存在。只能证明光是变化的电磁场，对不同电性的物质的作用方式不尽相同。