从衍射现象研究光的基本特征从而导出光的客观实体模型.doc

从衍射现象研究光的基本特征
从而导出光的客观实体模型
朱素安
摘要：
光是什么？现有的光学理论是需要发挥抽象思维去理解的。难道光真的不可理喻？光是客观的，因果律决定其必有客观实体。那么如何来透过光的现象看其本质？本文就是要从衍射实验入手，调整其实验条件，用改变其衍射狭缝距离所产生的衍射图案变化来推论光的客观基本模型。通过在光的传递方向上加入不同密度的媒介及偏振镜，分析所产生的衍射图案变化，来推论其光的实质构成，分析衍射中子波源的产生。再通过量子能量特性及原子中的能级跃迁，来分析光产生的机理。并以此推论来解释光学中波动及粒子两套理论最具矛盾性的典型实验---光电效应，从而进一步得出光的本来面目---“光旋子”的定义。

关键词：光 旋子 旋场 等位电场 衍射 光电效应 感应

引言
光是客观的，因果律决定其必有客观实体，光学中的许多现象和应用也说明这一点，只是目前尚无法直观认知……！那光的实质到底为何物？其结构如何？如何透过光客观存在的现象来求其本质……。

1.改变窄缝衍射实验的条件来分折光的基本特征
   衍射是一种光学现象，当一束光通过一个相应的窄缝，光会在光源的另一垂直面投影出明暗的条形光栅。光为何会产生衍射现象呢？从实验可以看出，衍射图案产生的条件之一就是衍射窄缝的间距必须满足小于恒定光源的波长。而当窄缝的间距逐渐变大，其衍射图象就逐渐的从外层光栅渐渐向中心消失，直至只剩下中心光条。这说明光的基本单体毫无阻碍的直射到衍射面上。反之，当衍射窄缝间距由大变小，衍射面的图案光栅又将由里到外的逐渐显现，这说明光的基本单元受到衍射间距的挤压限制而分解产生相应的子波，连续的光分解出连续的子波，构成新的波阵面，并在衍射面上呈现其能量分布图案。可见光的客观基本单元的尺寸就是刚使衍射条纹消失只剩下中心光条时的衍射窄缝间距尺寸。我们在完整呈现衍射图案的实验中，逐渐改变窄缝的高度，衍射光栅的幅度随之相应减小，当窄缝的高度减小到接近和等于宽度时，衍射图案出现相互垂直的窄带光栅，当窄缝的高度继续减小，垂直的窄带光栅将会相应逐渐消失，只剩下水平窄带光栅图案。可见光的基本单元是偏圆形。也就是说单缝衍射是水平偏圆光场所形成，其它方位的偏圆光场不能形成衍射，特别是垂直偏圆光场毫无阻拦的照在衍射条纹的中心条上，也就是中心条纹特别亮的原因。当改变衍射窄缝的高度至窄缝的间距时，垂直偏圆光场受挤压而产生子波，从而衍射显现垂直窄带光栅，当衍射窄缝高度继续减小，垂直偏圆光场受阻而无发通过，因此，垂直光栅消失，只留下水平窄带光栅。转动此衍射板，原水平窄带光栅相转动。可见光是由以传播方向为轴360度全方位多个偏圆形的基本单元组合构成。为了以下阐述方便，我们暂且将光的基本单元称为……“光旋子”。
那么“光旋子”又是由什么构成？我们在衍射实验中的衍射窄缝上加块透明的玻璃，衍射原图案不变。再将玻璃换成一张簿纸，衍射图案即刻消失。光旋子能穿过质地坚硬的玻璃而丝毫不受影响，而不能穿透质地松软密度远低于玻璃的簿纸？可见光旋子不是一个有质量的连续运动的实体。没有质量而又有能量，又能直线传递且又是圆形，那只能是一种场，一种圆环形的闭合等位场，可见，光旋子基本构成己显现，环形场是通过场通量变化瞬间相互垂直感应传递，（符合光速特征）。
2.改变小孔衍射实验的条件来进一步证明光的基本特征
小孔衍射是当一束光通过一个相应的小孔，光会在光源的另一垂直面投影出一层层同心光环。光为何会产生衍射现象呢？从实验可以看出，衍射图案产生的条件之一就是衍射小孔必须满足小于恒定光源的波长。而当小孔逐渐变大，其衍射图象就逐渐的从外到圆心的渐渐消失，直至圆心的光点。这说明光的基本单体毫无阻碍的直射到衍射面上。反之，当衍射孔径由大变小，衍射面的图案光环又将由里到外的逐渐显现，这说明光的基本单元受到衍射孔径的挤压限制而分解产生相应的子波，连续的光分解出连续的子波，构成新的波阵面，并在衍射面上呈现其能量分布图案。可见光的客观基本单元的尺寸就是刚使衍射环消失时的衍射孔径尺寸。我们在完整呈现衍射图案的实验中，在光源与衍射孔之间增加一块垂直与光束的偏振镜，这时衍射图案除与偏振轴同向的光段原位保留外，其余的光环均消失，可见光的基本单元是圆形而非球形。当以光束为轴转动偏振镜，存留的光段带衍射图案也同步相应转动，可见光是由以传播方向为轴360度全方位多个圆形的基本单元构成。
光旋子基本构成己显现，如图（1）所示。环形场是通过场通量变化瞬间相互垂直感应传递，如图（2）所示（符合光速特征）。

图（1）光旋子等位电场示意图
Figure (1). Scheme of electrical field of light

图（2）、光旋子能量感应传递示意图
Figure (2). Scheme of energy transmission of light

3.衍射实验中子波源产生的机理分析
光旋子在感应传递过程中会遇到反射、折射、衍射和吸收等状态，而衍射的机理最为复杂。在光学理论中至今未能对其有很好的认识，明确其机理进而认识其本质对光学理论是重要的。
我们拿光的单缝衍实验中子波源产生现象来分析。当光旋子通过光源发射出来，在感应传递过程中遇到衍射狭缝的阻挡，由于狭缝的尺寸小于光旋子尺寸，光旋子的感应传递就不能够顺利通过，因为感应出的旋场的直径大于狭缝尺寸，由于场力线是闭合的，圆形场力线不得不变形，这样，狭缝内闭合的场力线受到挤压变窄，新感应出的垂直旋场后面的场力线也相应挤压变窄，这祥前端的场力线就会伞状展开，如图（2）所示。由于感应出的光旋场是严格的保持在场力线相垂直的方向感应转换传递的，所以，伞状的场力线必然按其场力线及其方向感应出相应旋场，也即把原来正常感应传递时的叠合等位闭合场力线在平面上伞状展开，从而产生了子旋场。子旋场再按其感应规律产生相应的子光旋子，形成了以狭缝为光源的能量波阵面感应扩散。这样，若有两束相干的光旋子通过两个衍射狭缝，必产生干涉条紋现象。由此可见，光旋子模型可以很好的解释光的衍射、干射、子波源再生的机理。

图（3）、狭缝衍射中子波源再生机理
Figure (3). Mechanism of son wave production from diffraction slot

4.光旋子产生的量子化特性与光电效应
光旋子是一种感应转化传递的场能，那最初的感应场是怎样产生的呢？当发光材料受激于能使其材料内部的电子有足够能级跃迁的时候，电子就从一个能级向另一能级跃迁。电子在能级跃迁时在其路径垂直面上产生感应的环形闭合等位磁场，该场能再转化感应出环形闭合等位电场，一部份场能激发材料内其它电子能级跃迁，一部份按照其感应规律向外部空间传递。电子每跃迁一次，场能传递一份。这符合量子能量是一份份传递的表述，并己被量子力学所证实。可见量子也有等同于光旋子的特性。
光电效应是光学量子化的重要实验，如图（3）所示，那光旋子能否来解释光电效应呢？

图（4）、光电效应实验示意图
Figure (4). photoelectric effects

光旋子携带的能量是以光旋子场通量变化率所体现的，当光照射在发射极上，光旋子的旋场能瞬间被电子吸收并克服原子自身束缚能产生动能，在集电极与发射极所产生的位差电场作用下发射至集电极，发射出的电子几乎是与光照同时开始。由于光的强度是以光旋子的数目多少来体现，对同一光源的光旋子的单个能量是恒定的，而而单个电子吸收能量只取决于单个光旋子，所以，光照使电子射出产生电流的时间与光的强度无关，符合光电效应实验结果（1）。
从光旋子产生机理看，光旋子的能量产生于光源材料内部的电子能级跃迁，而每个同一能级的能量是恒定的。当光电实验减速电压不变时，光强越大，光旋子数越多，照射在发射极上激发出的电子数也越多，电流就越强。符合光电效应实验（2）的结果。
当频率和光强不变时，也即每个光旋子所带的场能（表现在场通量变化率上）和单位时间内所照射到发射集的数量不变时，激发出的电子数也是不变的。当减速电压增加时，减速电场就增大，电子所受电场阻力就大，从而能够到达集电极的电子就越少。当减速电压产生的电场达到能够克服单个电子所需从发射极到达集电极所需的电场时，即某一截止电压Vs时，电子无法到达集电极，电流为零。可见，光强只能使发射出的电子增加，并不能使单个电子动能增强，所以，截止电压与光的强度无关。符合光电实验结果（3）。
当光源频率发生变化，光旋子所带的场通量变化率就发生变化，能量就相应变化，照射在发射极上每个电子吸收的能量就不同，发射出的电子动能就相应改变，而阻止电子到达集电极的截止电压Vs也随着改变。说明存在阀频率的光电效应实验结果（4）。也就是说低于阀频率的光源，不管有多强，入射的光旋子虽多但单个光旋子没有足够的能量瞬间释放束缚最松的电子。可见，光旋子理论模型完全可以解释光电效应。
5.光旋子模型的初步定义
5.1 光旋子是由圆环形闭合等位电场构成，光的频率表现在场通量变化率（称光旋子频率）。
5.2 同一频率的光旋子其场通量变化率是恒定的，场能也是恒定的。环形闭合电场的外径是其场通量变化率的倒数（也即光的波长）且是恒定的。
5.3 同一频率的光旋子其光强取决于光旋子的数量。
5.4 光旋子产生于光源材料内的电子能级跃迁，光旋子是以自身场能的变化感应瞬间传递的。
5.5 光旋子的波动性体现在场能感应传递过程的能量分布和场通量变化率。
5.6 光旋子的量子性体现在场能是随电子能级跃迁一份一份的传递。
2004年1月19日于杭州