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|决定光与介质作用后的光速变化规律主因及物理意义初探


作者：彭晓韬
日期：2020.07.26
【文章摘要】：光遇到介质时会产生反射/散射、折射/透射、衍射/绕射以及转换/热辐射等次生光 。 而进入介质内部的所谓折射光的速度往往仅与介质的性质和运动状态相关：在均匀介质内部 ， 折射光的速度一般相对介质本身速度恒定 。 而与入射光的速度大小无关 。 同时 ， 与入射或透射光的速度一般存在巨大差异 ， 且速度的突变是发生在介质表面处 ， 其突变过程往往发生在介质表面极其微小的空间范围内 ， 很可能只发生在原子或分子级别的长度范围内 。 这一现象是不可能用所谓的带动能与动量的光子来解释的（因其无法解释为何仅介质表面的原子或分子能使光子速度突变且巨变 ， 而介质内部的原子或分子就不会改变折射光的速度 ， 特别是从介质另一侧出来时的速度还会突升） 。 但用本人的理论：光是变化的电场与磁场 ， 遇到介质时会使介质成为次生光源而产生次生光来解释的话 ， 就可以轻而易举地解释光与介质相互作用后的光速变化规律了：入射光照射到介质表面后 ， 其产生的电场与磁场会使介质中的原子、分子或分子团（以下简称为“极化元”）极化并成为时变电偶极矩的电偶极子 ， 由其产生的次生电场与磁场就是所谓的反射/散射、折射/透射、衍射/绕射以及转换/热辐射等次生光 。 而进入介质内部的所谓折射光就是由介质表面极化元产生的次生光 ， 并在介质内部不断循环地极化并产生次生光 。 由于从极化到产生次生光需要消耗一定的时间 ， 因此折射光的速度就与单位长度内的极化元数量有关：单位长度内的极化元数量越多 ， 折射光的速度就越低 。 因此 ， 均匀介质中单位长度内的极化元数量相等 ， 折射光的速度也相等 。 而透射光也是介质表面上的极化元产生的次生光 ， 进入另一种介质或真空时 ， 则透射光的速度由另一种介质决定或相对介质表面极化元速度恒定 。 这就是决定光与介质相互作用后产生的次生光速度的主因 。
一、光与介质相互作用后的光速变化规律简述
|决定光与介质作用后的光速变化规律主因及物理意义初探
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由图一可知：当折射率为n0的介质中的光遇到折射率为n1的介质时会产生反射/散射、折射/透射光 。 其相对介质本身的光速分别为：入射光C/n0、折射光C/n1、透射光C/n0 。
由油膜和肥皂泡存在干涉现象可以断定：折射光的变速长度范围小于可见光波长 ， 甚至小于油膜分子的直径 。 也就是由入射光速突变为折射光速所经历的长度范围极其微小 ， 甚至可以认为是没有速度变化过程 。
二、决定介质内部折射光速度的主要原因分析
1、法拉第磁光效应证明折射光不是入射光而是次生光
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无论是变化的磁场还是恒定的磁场 ， 都不可能直接使偏振光的偏振方向发生改变 。 因为光本身是变化的电场与磁场 ， 在外磁场的作用下只能出现场的叠加现象 ， 而不可能改变叠加后的光的偏振方向 。 由此可见 ， 法拉第磁光效应证明介质内部折射光并不是入射光的变种 ， 而是由极化元产生的完全不同于入射光的次生光 。 极化元从极化开始到产生次生折射光过程中 ， 会被外加的恒定磁场改变极化元中电子的运动方向而导致次生折射光的偏振方向随之改变 。 这也是为什么偏振方向改变程度与介质的长度成正比的原因所在 。 同时 ， 真空中的恒定磁场不能改变偏振光的偏振方向也证明光的偏振方向是不可能直接由恒定磁场所改变 。 必须通过改变电子的运动方向 ， 再由改变了运动方向的电子产生次生偏振光的过程才能达到改变偏振光的偏振方向 。
2、入射光与介质中的极化元的相互作用过程分析
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根据电子与质子所携带的电荷量相同但电性相反且质量相差1832多倍 ， 在不考虑中子质量的情况下 ， 在同样的外电场作用下 ， 电子的加速度、速度和位移量是质子的1832倍左右且加速的方向正好相反 。 如果考虑中子和二个或二个以上的质子构成的原子核的话 ， 则原子中的电子与原子核在同样的外电场作用下 ， 电子的加速度比原子核的大得更多 。 因此 ， 当外电场的频率很高时 ， 我们可以暂时不考虑原子核在电场中的加速度、速度和位移的影响 ， 而只考虑电子的加速度、速度和位移量对极化元时变电偶极矩的影响以及其产生的次生电偶极子场 。
当电子以原点为圆心 ， 在X、Y坐标轴平面内作恒定速度圆周运动且运动方程为：X＝R0cos2πf0t、Y＝R0sin2πf0t；VX=－2πf0R0sin2πf0t、VY=2πf0R0cos2πf0t；aX＝－4(πf0)2R0cos2πf0t、aY＝－4(πf0)2R0sin2πf0t 。 并假设它们在沿X轴方向的谐振电场E＝Asin2πft的作用下改变与原点的距离过程中 ， 维持其作圆周运动的向心力仍然不会因此发生变化（实际上是存在变化的 ， 但当外电场频率较高时 ， 可暂时不考虑其影响）时 ， 则它们的运动方程分别为：
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扣除其原来的加速度、速度和位移量 ， 则在外电场作用下的纯粹加速度、速度和位移量分别为：
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从以上各公式和图四可知：在外电场作用下 ， 在正弦波外电场作用下的极化元的时变电偶极矩与外电场正好差半个周期 ， 这也是为什么反射光存在半波损失的原因所在 。 也是折射光为什么速度会低于 光疏 介质入射光速度的根本原因所在 。 因为从反射光极化介质中的极化元到极化元产生次生光需要消耗半个周期的时间 。 当单位长度内的极化元数量越多 ， 需要损耗的时间自然也就越多 ， 介质内部的光速也就越慢（由于原子与原子、分子与分子间可视为真空 ， 其间的光速相对介质恒定为真空中的光速） 。
总之 ， 介质中的折射光不是入射光的变种 ， 而是由介质中的极化元产生的全新的次生光 。
3、决定单位长度内极化元数量的主要因素
决定因素主要有二个 。 一个是入射光的波长：不同入射光照射到介质表面时 ， 因其波长的不同 ， 同一个半波影响的原子数量或范围就会不同：当波长越长时 ， 入射光同时极化的原子数量就会越多 ， 单位长度内的极化元数量就会减少 。 由于单位长度内的极化元数量减少 ， 极化元所需消耗的时间也就越少 ， 折射光的速度自然就会更大 。 这就是为什么频率越低、波长越长的入射光的折射光速度越大的原因所在 。 另一个是介质的性质：不同性质的介质及不同密度的介质 ， 单位长度内的原子和分子数量不同也会影响单位长度内极化元的数量 。
三、光与介质相互产生的次生光速变化规律的物理意义
1、证明与介质作用后的光并非入射光
光与介质作用后产生的反射/散射、折射/透射、衍射/绕射和转换/热辐射光等均不是入射光的一部分 ， 而是由介质产生的全新的、次生光的一部分 。 它与所谓的反射光存在半波损失、偏振折射光存在法拉第磁光效应以及超黑材料单缝实验无衍射光共同组成了一个完整的证据链 ， 证明入射光与介质相互作用产生的光是由介质被极化后产生的次生光 ， 而非入射光改变运动方向和速度后的产物 。
2、证明光不可能是具有能量与动量的光子
由于在均匀介质内部的折射光的速度是相对介质本身基本恒定的 ， 而在进入介质或从介质透射出来时 ， 光在介质界面处的速度会产生跃变甚至跃升 。 如光从真空中进入玻璃时 ， 速度会从每秒约30万千米突降为每秒约20万千米 ， 而在玻璃内部的速度一直保持在每秒20万千米但从玻璃的另一侧再次进入真空时 ， 其速度又会突然从每秒20万千米跃升到每秒约30万千米 。 同时 ， 无论是光从大气层还是水或其他介质中进入玻璃 ， 进入玻璃后的光速依然为每秒约20万千米 ， 与进入玻璃前的光速无关 。 或光从玻璃进入大气层或水或其他介质中时 ， 其速度仅与进入的介质的性质与运动状态有关 ， 与进入前的光速无关 。 这些均充分证明光不可能是具有动能与动量的光子 。
3、证明天体红移量不可能只是由多普勒效应产生的
所谓的宇宙背景辐射证明宇宙空间存在一定数量与密度的星际物质 ， 且各个方向总体上是分布相对均匀的 。 而类星体存在的多组红移量不等的吸收谱线簇证明星际空间局部存在密度相对较大的物质 ， 从而导致星光中的某些频率的光被吸收（实际上是被反射或转换成了其他频率的光） 。 这些均表明：星际物质是会使星光发生改变的 。 也就是我们在地球上观测到的星光并非原生的星光 ， 而是被星际物质改造后的次生折射光 ， 其频率发生与距离成正比的降低是完全正常的 。 且这种频率变化与天体相对地球的运动速度和方向无关 。 这也就意味着：哈勃定律是不符合客观实际的 。 解释哈勃定律的宇宙大爆炸理论也就变成了无根之木、无源之水 。
4、证明康普顿效应不是光子与电子相互碰撞的结果
X射线与金属相互作用产生的散射X射线是金属中的电子产生的次生X射线 ， 而非入射X射线被电子碰撞出来的 。
5、证明光电效应不是携带与其频率成正比的动能与动量的光子碰撞出来的
当入射光的强度不足以在半个周期内将电子从原子中分离出来时 ， 与电子围绕原子核运动周期相近的入射光就会使部分相位合适的电子被同步加速 ， 进而脱离原子核束缚成为自由电子并从金属中溢出而形成光电效应 。
6、证明光的双缝干涉实验不能证明光具有波动性或衍射和绕射能力
超黑材料单缝实验结果无衍射现象证明了光不具有衍射或绕射能力 。 衍射光是由单缝边缘产生的次生光之一 。 如果用超黑材料进行光的双缝干涉实验 ， 其结果也会出现无干涉现象 。
7、证明光行差常数和斐索流水实验结果中的光速与介质的运动状态有关是正确的
由于介质内部的光是由介质本身产生的 ， 其速度仅与介质性质与运动状态有关 ， 与入射光速度无关 。 因此光行差常数和斐索流水实验结果证明的光速与介质运动状态有关是完全正确的 。
8、证明迈克尔逊－莫雷实验结果只证明了光在大气层内的速度是相对大气层恒定的
由于本实验是在地表大气层内进行的 ， 除半透镜外 ， 实验过程中整个光路均在大气层内 ， 因此 ， 实验过程中的光速主要是大气层的性质与运动状态决定 。 当实验装置相对大气层基本静止且两条光路的长度不变时 ， 光程差也就不会变化 ， 无论如何旋转实验装置都不会变化 。 由此就决定了实验结果不可能出现干涉条纹的变化 。 实际上 ， 即使是在真空中进行本项实验 ， 其结果依然如此 。 因为 ， 实验装置中的反射镜、半透镜作用后的光的速度仅相对实验装置速度恒定 ， 与实验装置旋转方向无关 。
【|决定光与介质作用后的光速变化规律主因及物理意义初探】 总之 ， 当由介质作用后的光并非入射光的理论成立时 ， 目前所有的、与光有关的物理现象及物理实验结果都需要重新审视与解释 。 由此将导致近代物理学的深刻变化与发展 。


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