波与粒子的概念尖锐冲突!波与粒子的矛盾不可调和!“波粒二象性”只是“临时性”的“和稀泥”,并没有真正解决问题。我们认为,要揭开“波粒二象性”谜底首先必须弄清楚:①波与粒子的物质属性及其时空关系,分辨开多种波粒二象性,不能让它们混为一谈;②破解波与粒子之间相互转化的物理机制。
图一、波与粒子的虚实,用虚实线区分;波与粒子同时出现以实线连接,波与粒子交错出现则以虚实线交错连接。
π形图直观地揭示:第一种波粒二象性——真实的波与真实的粒子相互转换、交错出现;第二种波粒二象性——真实的粒子,虚拟的波,同时出现;第三种波粒二象性——真实的波,虚拟的粒子,同时出现。第一种是本质上的波粒二象性,后两种则是现象上的波粒二象性——其特点是“波与粒子一虚一实且同时出现,不能相互转化,就像实物与它的影子一样”。以前的波粒二象性及其关系,并没有清晰地揭示这些,只有第三种揭示之后,才能理顺它们的关系并和谐统一。
一、真实的波,同时也可以看作虚拟的粒子——波在结构上具有粒子性,波可以分解为一系列“基波”,而每一个基波的能量、动量、角动量都能与一个对应粒子的能量、动量、角动量分别对应相等,此即“第三种波粒二象性(波在结构上具有粒子性,现象上的波粒二象性)”。
二、真实的粒子,同时也可以看作虚拟的波——粒子在运动上具有德布罗意波动性,可以用一个波来对粒子的运动加以描述,此即“第二种波粒二象性(粒子在运动上具有波动性,可以用一个波来加以描述,此即另一种现象上的波粒二象性)”。
三、真实的粒子,可以转化为真实的波,真实的波,也可以转化为真实的粒子,但它们在存在的时间上必须相互错开,此即“第一种波粒二象性(本质上的波粒二象性)”。例如,一颗光子,可以“破裂”(而扩散)成为一团“电磁基波”,而一团“电磁基波”也可以在一瞬间“收缩”成为一颗光子。由于一团“电磁基波”在一瞬间“收缩”成为一颗光子可能让能量的传输超光速,从而受到相对论的禁忌,我们借助空间(量子场的基态)这个触媒用“沙漠吸收雨滴模型”破解了这一难题(见下面的附录一)。
表一、波与粒子的物质属性及其时空特征辨析,揭示出三种波粒二象性。
附录一:用“沙漠吸收雨滴模型”描述“波与粒子之间的转换”
我们认为,真空并非空无一物,而是存在大量的处于基态的量子场(这其中当然也包括了处于基态的量子电磁场、量子电子场、量子中微子场等)。由于基态的量子电磁场充满整个真空,所以,经典电磁场(可以按光子对应分解为一系列“电磁基波”的叠加)的基本单元——“电磁基波”满足一定条件时可以在一瞬间被处于基态的量子电磁场(像沙漠吸收雨滴、海绵吸水一样平面或立体地、全方位地)整体吸收,从而使量子电磁场从基态跃迁到激发态。而处于激发态的量子电磁场很不稳定,可以在非常短的时间内于真空的某一处放出(吐出)一个与被吸收“电磁基波”频率相同的“光子”而从激发态跃迁回基态。如此,就完成了真实的“电磁基波”向真实的“光子”的转化,而真空中的基态量子场只是起到了媒介作用——经历一系列变化之后又回到了原来的状态。这就是“经典电磁场量子化过程”的物理本质,也可以形象地称之为“电磁基波的真空凝聚现象”——“一团'电磁基波’在一瞬间'凝聚’成为一颗'光子’”。当然,在另一种条件下也可以发生相反的过程:基态量子电磁场吸收一个“光子”,从基态跃迁到激发态,由于激发态很不稳定,处于激发态的量子电磁场又会在非常短的时间内向真空中发射(相当于海绵全方位立体吸水的逆过程)出一份与“光子”同频率的“电磁基波”而从激发态回到基态,从而完成“光子”向“电磁基波”的转化,这一过程可以形象地称之为“光子的真空喷射现象”——光子消失而转化为(喷射出)一份“电磁基波”。这些就是“波粒二象性的相变假说”或者“π型三重波粒二象性”对爱因斯坦所揭示的“第一种波粒二象性”中“波”与“粒子”之间相互转化过程的物理机制及其细节所做出的逻辑补充。
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