我国上市公司股权融资偏好的成本与收益分析

四川师范大学本科毕业论文

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——以海尔为例

学生姓名

院系名称 商学院

专业名称

班 级

学 号

指导教师

完成时间 20年 5 月 15 日

摘 要

从光学发展历史的角度讨论光的本质在历史研究中取得的成果，探究研究方法及理论的发展与进步。从波粒二象性的角度讨论光的本质，在历代光的本质研究中发现科学研究所需的精神品质

关键词 : 光学；研究方法；本质；波粒二象性；

Cognize the essence of the light phenomenon by exploration and

practice

Abstract: The article elaborate human being's unceasing understanding, research and exploration

to the light from ancient times till now, the scientists' different theory suppositions to

the light phenomenon on the bases of practice, as well as the academic argues to light

essence of the academic schools at different times.

Key word: Optics essence; Optics development; Optics application

目 录

0引言（绪论） „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 1光学研究概述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5

1.1光的本性早期研究 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5

1.2对光的认识的深化 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 2光的波粒二象性„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6

2.1光的波粒二象性简介 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6

2.2光的波动说与微粒说之争 笛卡儿提出的两点假说„„„„„„„„„6

2.3格里马第发现了光的衍射现象 „„„„„„„„„„„„„„„„„6

2.4胡克提出了“光是以太的一种纵向波” „„„„„„„„„„„„„7

2.5牛顿用微粒说阐述了光的颜色理论 „„„„„„„„„„„„„„„7

2.6惠更斯提出了波动学说比较完整的理论 „„„„„„„„„„„„„7

2.7牛顿的微粒学说逐步的建立起来 „„„„„„„„„„„„„„„„8

2.8光的偏振现象和偏振定律的发现 „„„„„„„„„„„„„„„„9

2.9菲涅耳与阿拉戈建立了光波的横向传播理论„„„„„„„„„„„10

2.10新的波动学说牢固的建立起来 „„„„„„„„„„„„„„„„10

2.11爱因斯坦因光的波粒二象性获诺贝尔物理学奖 „„„„„„„„„11

2.12以光的波粒二象性告终 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 3光的波粒二象性的困惑 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11

3.1波粒二象性的困惑之一:光子静质量问题 „„„„„„„„„„„„11

3.2波粒二象性的困惑之二:光子动质量问题 „„„„„„„„„„„„12

3.3波粒二象性的困惑之三:光子的内部结构和体积 „„„„„„„„„14

3.4波粒二象性的困惑之四:关于光的本性 „„„„„„„„„„„„„15

3.5波粒二象困惑之五:关于de B roglie 波的超光速相速的意义 „„„16

3.6波粒二象性困惑之六:如何看待电磁脉冲及其超光速实验现象 „„„16

3.7波粒二象性的困惑之七:关于消失波的粒子性 „„„„„„„„„„18

3.8波粒二象性的困惑之八:关于虚光子 „„„„„„„„„„„„„„19 4对光本质认识不断深入的启示（结束语）„„„„„„„„„„„„„„„20 结论 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21 注释 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21 参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„22

附录 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„22 致谢 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„23

1光学研究概述

人来到这个世界上，一睁开眼睛就开始与光打交道，人类对外界的认知绝大部分都是通过视觉系统摄入信息，对各种自然现象的观察分析研究都离不开光。那么光的本质到底是什么呢？这看起来似乎很简单的问题，从古到今一直被众多人所关注，特别是十七世纪后半叶至本世纪初，科学家们争论了长达三百多年的时间，这场富有戏剧性学术大辩论，参与的人数之多，时间之久，辩争之激烈，不但在光学发展史上是绝无仅有的，即使在整个自然科学发展史上也是极为罕见的。今天我们回顾这些认识和探索的曲折过程，体验一下先辈们在实践中探索追求真理的艰难历程，也许对我们会有所启迪。

1.1光的本性早期研究

1672年Newton叙述了他所做的实验 ,用三角形玻璃棱镜把日光分开为不同折射角的光就得到了 7 色光谱。在同一时期牛顿又用光的微粒性假说解释光在界面上的反射。1690年 C1Huygens提出“ 光是一种波动 ” 的理论。1802年 ,T1Young做了光的双缝干涉实验 ,对“光是波动 ” 提供了实验证明。1818年 A1J1Fresnel计算了狭缝、圆孔、 圆板等障碍物造成的衍射花样 ,与实验相符;Fresnel被认为发展了 Huygens原理。至此 ,多数物理学家相信光的波动说。1865年 J1C1Maxwell提出光是一种“ 按电磁规律通过场传播的电磁扰动 ” ,即电磁波; 1887年 , H1Hertz以实验发现了电磁波。光的波动说的发展暂告一个段落 ,整个过程经历了大约 200年。19世纪末期P1Lenard等发现光电效应;但用 Maxwell电磁理论却无法解释;因此在 1905年 A1Einstein假定光能量是量子化的 ,即由“能量子 ” 组成。用光量子假设,A1Einstein解释了光电效应 ,导出了光电方程。1921年和 1923年, Einstein和 Millikan分别获 Nobel物理奖。1924年,A1H1Comp t on和吴有训测到了 X射线被石墨散射时波长变长的现象。在解释时考虑了光子的动量,当光子碰撞电子时是可以计算 X光被散射时产生次级 X光波长的变化,计算与实测一致。

一、几何光学的建立

光学作为物理学的最早分支，与古老的力学一样，我国古人对光学的认识和研究都走在了世界的前列。早在公元前五世纪，对光的直线传播、光的反射和折射现象就有较为详实的文字资料记载。[1]多年前的希腊天文学家托勒玫（Ptolemy，约公元90—168年）通过对光折射现象的定量研究，测出了光从空气进入水中入射角与折射角的相关数据，并得出“折射角与入射角成正比”的近似结论。德国天文学家开普勒（Kepler，1571—1630年）对托勒玫结论进行了修正，但是在相当长的时间里人们始终没有找到一个满意的答案。直到1621年折射定律的精确形式才有荷兰数学家斯涅耳（Willebrord Snell，1580—1626年）发现，1637年由笛卡儿（Descartes，1596—1650年）公布于世 ，至此几何光学才渐渐形成了比较完整的体系。

几何光学的基本原理的要点可表述为：1、光的直线传播（直射）定律；2、光的反射定律；3、光的折射定律（包括全反射现象）；4、光的独立传播定律；5、光路可逆原理。以上几个基本原理，一般情况下只适用于光在各向均匀的介质中传播，对于光在非均匀介质中的传播规律。

上两式是费马原理的数学表达式，可以理解为：光从空间的一点传到另一点是沿着光程为极值的路径传播，也就是说是光沿着光程为最小、最大或常数的路径传播。根据这个原理可以推导出几何光学的所有基本原理，所以我们说费马原理是几何光学的高度概括。

二、波粒二象性

以牛顿为代表的微粒说和以惠更斯为代表的波动说，展开了长期的学术争论。 要证明自己观点是正确的，驳到对方学说是错误的，这是一件很不容易的事。 通过争论，当时牛顿的微粒说面临几个难题：一是不能解释格里马弟的小棒影子中光的绕射现象；二是如果说光是微粒，那么当两束光在交叉处相遇时，会互不干扰这是不可想象的；再就是用微粒说来解释牛顿他自己发现的“牛顿环”现象也遇到了一定的因难。

惠更斯的波动说解释光的绕射是很成功的，与声现象类比，也能推出光的反射和光的折射定律，并能够成功地解释当时发现的某些晶体的双折射现象，但解释光的直线传播和光的折射现象就比较勉强。而且对于“以太”这种充满整个宇

宙并且是透明的弹性物质是否存在，也缺少实验证明。波动说还有一个致命的缺点，就是它缺乏坚实的数学理论基础。

2.1、光的波粒二象性简介

光学的任务是研究光的本性，光的辐射、传播和接收的规律；光和其他物质的相互作用（如物质对光的吸收、散射、光的机械作用和光的热、电、化学、生理效应等）以及光学在科学技术等方面的应用。先熟悉一下有关光的基本知识。

光的波粒二象性简单说就是光既具有波动特性，又具有粒子特性。

2.2格里马第发现了光的衍射现象

十七世纪中期，物理光学有了进一步的发展。1655年，意大利波仑亚大学的数学教授格里马第在观测放在光束中的小棍子的影子时，首先发现了光的衍射现象。据此他推想光可能是与水波类似的一种流体。 格里马第第一个提出了“光的衍射”这一概念，是光的波动学说最早的倡导者。

1663年，英国科学家波义耳提出了物体的颜色不是物体本身的性质，而是光照射在物体上产生的效果。他第一次记载了肥皂泡和玻璃球中的彩色条纹。

2.3牛顿用微粒说阐述了光的颜色理论

1672年， 牛顿在他的论文《关于光和色的新理论》中认为，光的复合和分解就像不同颜色的微粒混合在一起又被分开一样。第一次波动说与粒子说的争论由“光的颜色”这根导火索引燃了。从此胡克与牛顿之间展开了漫长而激烈的争论。

1672年2月6日，英国皇家学会评议委员会对牛顿提交的论文《关于光和色的新理论》基本上持以否定的态度。牛顿开始并没有完全否定波动说，也不是微粒说偏执的支持者。但在争论展开以后，牛顿在很多论文中对胡克的波动说进行了反驳。

2.4惠更斯提出了波动学说比较完整的理论

波动说的支持者，惠更斯继承并完善了胡克的观点。惠更斯认为，光是一种机械波；光波是一种靠物质载体来传播的纵向波，波面上的各点本身就是引起媒质振动的波源。根据这一理论，惠更斯证明了光的反射定律和折射定律，也比较好的解释了光的衍射、双折射现象和著名的“牛顿环”实验。

2.5牛顿的微粒学说逐步的建立起来

牛顿基于各类实验修改和完善了他的光学著作《光学》。整个十八世纪，几乎无人向微粒说挑战，也很少再有人对光的本性作进一步的研究。托马斯．杨提出了光的干涉的概念和光的干涉定律。

十八世纪末，英国著名物理学家托马斯·杨开始对牛顿的光学理论产生了怀疑。杨氏于1800年写成了论文《关于光和声的实验和问题》。他指出光的不同颜色和声的不同频率是相似的。1801年，杨氏进行了著名的杨氏双缝干涉实验，证明了光是一种波。并首次提出了光的干涉的概念和光的干涉定律。

1803年，杨氏写成了论文《物理光学的实验和计算》。他认为衍射是由直射光束与反射光束干涉形成的。

2.8光的偏振现象和偏振定律的发现

1808年，拉普拉斯用微粒说分析了光的双折射线现象，批驳了杨氏的波动说。

1809年，马吕斯在试验中发现了光的偏振现象。在进一步研究光的简单折射中的偏振时，他发现光在折射时是部分偏振的。

1811年，布吕斯特在研究光的偏振现象时发现了光的偏振现象的经验定律。

光的偏振现象和偏振定律的发现，使当时的波动说陷入了困境，使物理光学的研究更朝向有利于微粒说的方向发展。

2.9菲涅耳与阿拉戈建立了光波的横向传播理论

1817年，巴黎科学院悬赏征求关于光的干涉的最佳论文。土木工程师菲涅耳也卷入了波动说与微粒说之间的纷争。他在自己的论文中提出是各

种波的互相干涉使合成波具有显著的强度。事实上他的理论与杨氏的理论正好相反。1819年，菲涅耳成功的完成了对由两个平面镜所产生的相干光源进行的光的干涉实验，继杨氏干涉实验之后再次证明了光的波动说。阿拉戈与菲涅耳共同研究一段时间之后，转向了波动说。1819年底，在非涅耳对光的传播方向进行定性实验之后，他与阿拉戈一道建立了光波的横向传播理论。

2.10新的波动学说牢固的建立起来

1882年，德国天文学家夫琅和费首次用光栅研究了光的衍射现象。在他之后，德国另一位物理学家施维尔德根据新的光波学说，对光通过光栅后的衍射现象进行了成功的解释。

菲涅耳在研究以太时发现的问题是，横向波的介质应该是一种类固体，而以太如果是一种固体，它又怎么能不干扰天体的自由运转呢。不久以后泊松也发现了一个问题：如果以太是一种类固体，在光的横向振动中必然要有纵向振动，这与新的光波学说相矛盾。

1887年，英国物理学家麦克尔逊与化学家莫雷以“以太漂流”实验否定了以太的存在。但此后仍不乏科学家坚持对以太的研究。甚至在法拉第的光的电磁说、麦克斯韦的光的电磁说提出以后，还有许多科学家潜心致力于对以太的研究。

2.11爱因斯坦因光的波粒二象性获诺贝尔物理学奖

1887年，德国科学家赫兹发现光电效应，光的粒子性再一次被证明！ 二十世纪初，普朗克和爱因斯坦提出了光的量子学说。

1905年3月，爱因斯坦在德国《物理年报》上发表了题为《关于光的产生和转化的一个推测性观点》的论文他认为对于时间的平均值，光表现为波动；对于时间的瞬间值，光表现为粒子性。这一科学理论最终得到了学术界的广泛接受。 爱因斯坦因为"光的波粒二象性"这一成就而获得了诺贝尔物理学奖。 在新的事实与理论面前，光的波动说与微粒说之争以“光具有波粒二象性”而落下了帷幕。

即：光既是一种波也是一种粒子！

3、光的波粒二象性的困惑

3.1、波粒二象性的困惑之一:光子静质量问题

在对波粒二象性理论的发展和成就作阐述之后, 我们将用较多篇幅讨论迄今为止的光理论所存在的矛盾和不自 的方面, 并预测在21 世纪中要研究的课题。 在众多的基本粒子之中,以光速c 运行的粒子主要有两种: 1905 年由A 1Ein stein 提出的光子 (pho ton) , 和在30 年代由W 1Pauli和E1Fermi预言、1956 年由C1 L 1Cohen 和F1Reines 发现的中微子 (neutrino)。

它们都是不带电荷的中性粒子, 前者是根据狭义相对论判定光子无静质量, 后者则按照电弱统一理论判定中微子的静止质量为零。然而, 1997～ 1998 年在日本的多国科学家的联合实验,已经肯定中微子有静质量, 其值约为10- 33g。这样一来, 光子是否有静质量的问题再次摆在了人们面前。图1 是基本粒子族的静质量m 0 的情况的扼要的归纳和总结。

狭义相对论提出“光子静质量为零”的论断, 专家认为是“勉强的” ; 做这种推论, 也证明相对论对光与实物的处理是不对等的。实际上, 关于光子静质量的研究, 在整个20 世纪从未停止过。 不仅如此, 对光子静质量的研究导致理论上的重要思考,30 年代初, 提出了“重电磁场理论” 。在m 0≠0 的条件下, 保持Lorentz不变性成立, 放弃相角规范 (亦称U 1规范) 不变性, 导出所谓重电磁场方程组, 也叫Proca 方程组。正如大家所知, Maxwell方程组由4 个偏微分方程组成; 现在, 有两个方程没有变化 (ý ·H= 0, ý ×E= - L5 Hö 5t)。而在另外两个方程 (关于ý ·E 和ý×H) 中, 等式右方多了一个与m 0 有关的项。显然, 若m 0= 0, Proca 方程组即化简为M axw ell 方程组。或者说, P roca 方程组是Maxwell方程组的推广。

根据 Proca 重光子理论设计了图1 基本粒子的静质量许多实验来测量m 0, 在这些设计者当 中 包 括 L 1de Broglie 和E1Schrob dinger。de Broglie 在 1940年出版了 《光子的波动力学》 一书, 其中提出了利用双星观测是确定光子静质量的方法; 另外, 1943 年E1Schrob dinger 提出用静磁场方法确定光子的静质量。 这就说明, 无论de Broglie 还是Schrob dinger 都不曾在20 年代的自己取得的成就上停顿, 亦不受Einstein 光子概念的束缚; 而是继续思考, 以便更清楚地了解和认识光子。

3.2、波粒二象性的困惑之二:光子动质量问题

既然Lebedev 光压实验、Compton- 吴有训光子电子碰撞实验均证明了光子的实在性和物质性, 人们自然会提出光子的质量与体积是多少 (即多重、多大) 的问题。令人遗憾的是,在这两方面现在我们都面临困难, 十分棘手。科学界早

已接受光是由快速运动的粒子 (光子, pho ton) 所组成, 它们是一些能量集中在有限区域的能量包; 根据M1Planck 的量子理论和Ein stein 自己提出的质能关系式, 对光子而言有hf = m c2式中m 是光子质量, 而c 是光速; 故有m =hfc2 (9)这是光子的运动质量, 它取决于频率的大小。在传播方向上的动量为 p = m c =hfc(10)这种能量、动量的图象使光子完全形象地粒子化了。上述能量、动量观点被Ein stein 所坚持,由Comp ton 效应所证实。 但是,A 1Ein stein 在相当长的时期内不能解释光波干涉之类现象。 这种状况直到“波粒二象性”观念被普遍接受后才告结束。( 9) 式给出了光子的动质量, 它与光频f 成正比。由于c 很大, 故除非f 很大, 否则m 很小。表2 是计算所得结果。可见, 在从无线电波到X 射线的广大波段, 光子质量都比电子质量小 (电子静质量m 0= 91109534×10- 28g)。笔者认为, 与光子动质量有关的理论陈述并非无懈可击, 甚至使人深感困惑。式 (1)、(2) 表示, 任何频率的波动都可有对应的粒子存在。但事实显然并非如此。可见光 (以及波长更短的紫外光、X 光等) 采取上述观点不会引起异议, 因计算的光子动质量、能量都较大(参见表2)。但对波长较长的波 (例如无线电波, f

尽管光的波粒二象性, 一般认为在物理学中已经定型。本文的 (1)、(2) 两式, 或 (1a)、(2a) 两式, 被称为Ein stein- de B roglie 关系式, 已成为基本的物理定律。„„但是, 这两种图象在根本上当然互不相容, 因为同一客体不能同时是在空间上非常局域的实体粒子, 同时又是可以扩展到大空间的非局域的波场。这个问题在过去曾经带来很大的困惑, 到今天也不能说已经不需要再作研究。公式 (2a) 表示, 每个质量m、速度V 的物质粒子, 均可用波长为K = hö mV 的波来描述。由于 P lanck 常数 h 非常小, 而所谓的物质粒子 (电子等) 相对而言m 值是很大, 因而deB roglie 波的波长与光 (或别的电磁波) 相比是非常小的。因而它们的相互干涉产生了基本上是直线的 (或说粒子状的) 传播。亦即粒子概念和波动概念的表面矛盾消失。基于以上讨论, 可以得出一个概念或结论: 波粒二象性的成立要有一定的条件,这条件是波长足够小； 但迄今为止的物理学未能给出波长 (或频率) 的分界。也就是说, 理论上的完全自 并未做到。

3.3、波粒二象性的困惑之三:光子的内部结构和体积

迄今已发现的200 多种基本粒子的不同类型, 强子是参与强相互作用的, 轻子是不参与强相互作用的, 而光子是传递电磁作用的。强子当中, 质量最小的重子是质子, 30 年代时曾被当作是物质结构中最基本的粒子; 但在60 年代初

用高能 (109ev) 电子对质子作弹性散射研究, 发现质子的正电荷分布在半径约为8×10- 14cm 的球状区域内; 60年代后期, 用更高能量 (2×1010ev) 的电子轰击质子以进行非弹性碰撞实验, 了解到质子电荷的非均匀 (颗粒状) 分布, 故推则质子内有荷电粒子。70 年代对P介子的研究表明, 它的电荷分布在半径约516×10- 14cm 的球形区域里。由于用高能电子散射而研究粒子结构、原子核结构方面的出色工作,美国物理学家Rober t Hofstadter 于 1961 年荣获Nobel 物理奖。现代实验认为电子半径 r

但微观粒子的结构和体积, 和人们所习惯的由宏观物体形象而来的观念很不相同。宏观物体 (例如一只金属球) 有明确的界面, 它的体积、半径均有确定的数值, 在材料已知的情况下也有确定的密度。但微观粒子的情况却非常不同; 例如电子, 尽管其存在确定无疑, 我们却很难用一、二句话说清楚什么是电子。1897 年4 月30 日, J 1J1Thom son 报告了关于“带负电的微粒”(即电子) 的发现, 并给出了最早的荷质比 (eö m ) 值, 从而获得1906 年的Nobel物理奖; 但他并不能告诉我们电子到底是什么。1927 年C1J 1Davisson 的实验确定电子又是粒子又是波; 1978 年W 1 M 1Fairbank 测到了分数电荷; 这些工作并不能使我们了解电子的本质。至于前面提到的高能加速器上的轰击实验, 所测出的只是电子电荷分布的半径; 这绝不是人们所习惯的宏观物体 (例如金属球) 的形象, 其数据亦缺乏确定性。既然我们不能按宏观世界的习惯而说出电子是用什么材料构成的, 只能认为它是电荷凝聚而成的粒子; 它就与这里特别关注的光子有相似之处。光子是能量凝聚而成的粒子 (能量子) , 它的体积 (尺度) 应通过能量分布的半径而体现。我们可以推论, 光子的体积、光子的内部结构, 和光子的物质性一样是无可怀疑的客观存在。由于光子不带电荷, 呈电中性, 无法用电子的办法求其大小。因而, 可以参照同样是以光速运动的中微子的情况来考虑。美国《Science》周刊于2000 年8 月18 日报道说, 日本的大型中微子地下探测仪SK 的实验数据表明, 中微子也有体积! 这就为研究光子的体积带来了新的启发和动力。笔者认为, 应从能量密度出发来求光子的体积。

线性化的量子力学理论及各种诠释实际上均把量子视为数学点 (无内部结构、无体积)。这无论如何不能令人满意。笔者猜测, 量子场论所遇到的困难或许就是由点模型的假定而引起的?!

3.4、波粒二象性的困惑之四:关于光的本性

如所周知, 光波与其他波动 (例如水波) 不同。水面波的传播需要介质 (水) 的支持, 而光波可在真空中传播而无需依靠任何介质。过去 (1887 年以前) 人们认为光波的进行也要依靠一种无所不在的介质 (Ether 以太) 才能实现; 但1887 年A 1A 1Michelson 和E1W 1 Mo r ley进行的实验表明, 即使考虑地球绕日的运动速度, 不论光顺或逆行, 光速都一样。这使“以太说”被否定。然而, 与广泛流行的说法 (“ Michelson 是为了否定以太存在而进行实验” ) 相反, 他对以太似乎有某种偏爱, 而对后来出现的狭义相对论却持保留态度。1926～ 1928 年间,70 多岁高龄的Michelson 再次 (一生中第三次) 作出努力以实验寻找以太漂移的征象, 但仍以否定告终。但是, 这位老人从未宣布过他完全放弃了以太。在20 世纪, 著名物理学家J 1S1Bell在80 年代公布了以A 1A spect 为代表的一系列实验的结果之后, 他曾说过“量子力学极有成就, 很难相信它是错的” ; 又说“我想回到以太概念” 〔 11〕 ; 笔者曾批评Bell这样说是“思想混乱” 〔 12〕 。但是, 综合Michelson- Bell的态度, 今天我们是否可以重新考虑以太概念是否有某些合理成份在内?! 当然, 必须在目前的科学水平的基础上考虑, 例如结合暗物质和Higgs 场。电磁波是物质, 还是物质的一种属性? 如果我们仔细地考察光波和光子, 显然, 这两方面却是· 不· 对· 等的——人们不会怀疑光子、光子群是物质, 但却对光波 (以及电磁波) 是不是物质抱有疑问。A 1Ein stein 称电磁波为“鬼波”绝非偶然。A 1A 1 Michelson 似乎一直到去世前仍在寻找某种未知的东西。

3.7、波粒二象性的困惑之七:关于消失波的粒子性

电磁波通过具有复数波阻抗的媒质的情况在电磁理论上有普遍意义, 这种“媒质”可以是微波工程学中的截止波导, 可以是半导体、等离子体〔 17〕 。换言之, 当波在各向同性媒质中传播时, 至少对三种物理机制其场 (波) 阻抗产生可观的电抗分量, 即: 导波模式, 色散媒质、电离气体中的平面波。消失波 (evanescen t w ave) 也被译称为衰减波、凋落波、倏逝波,是电磁学家和光学家研究的对象, 其特点是振幅沿某个空间方向迅速地按指数规律下降, 而其相位无变化 (相位常数B≌0)。消失波既是金属壁波导在截频以下 (f

1992 年, Th1 M ar t in 和R 1 Landauer〔 18〕曾论述电磁脉冲在量子隧穿超光速实验方面的表现及有关理论问题, 认为电磁波波包中充满了相同的光量子, 只要捕捉到其中一些光量子, 而让其他光量子不受干扰, 就能进行有关的测量。与此相比, 例如在电子的例子中 (在由许多电子组成的波包中) , 测量波包的时延则不容易。其次, 他们指出当电磁脉冲通过消失模区域时, 由多种频率成分组成的EM P 其不同成分会有不同的响应。例如, 截止波导具有高通滤波器特性, 脉冲通过时高频部分衰减小、低频部分衰减大, 故在输出端脉冲的平均频率更高, 故有较高群速。或者说, 高频成分比低频成分更容易穿越位垒, 导致对波包的有效加速。这种“在消失区可使脉冲高频部分加速”的观点有助于解释90 年代的某些FTL 实验, 同时也说明调整脉冲频率以与波导适应在实验技术上的重要性。当然, 怎样看待消失波的波粒二象性? 仍是一个很困难的问题。1998 年, G1N i m tz在对比研究描写粒子一维运动的Sch ro b dinger 方程和波导中的Helmho ltz 方程时指出〔 19〕 : 虽然系统的总能量为正值, 但消失模的电场能量密度Q却为Q=12E rE 0E 2

式中E 是电场强度; 由于消失模的介电函数E r

G1N i m tz 说, 他和A 1Enders 曾将探头放在消失区, 企图测量消失模, 却失败了。因此他认为,当与粒子通过隧道作类比时不可能对消失模作测量。 4 对光本质认识不断深入的启示（结束语）

A 1Ein stein 在晚年时曾说: “经过了50 年的思考, 也没有使我更接近于解答‘光量子是什么’这个问题。 ”作为光子的提出者和波粒二象性的最早研究者, 这位伟大科学家的话显示了惊人的坦率。本文的内容说明, 尽管波粒二象性理论在20 世纪取得了巨大成就, 但仍存在着一系列使人困惑的疑点, 故在新世纪中仍需继续努力探索。研究的核心问题应放在光的本质、光子的结构上面, 其成果将是对A 1Ein stein 遗问的回答。

人类进入 21 世纪 ,科学技术飞速发展 ,社会变革日益加剧 ,我们要适应时代的发展就要敢于向旧思想挑战 ,勇于跟同伴和师长争论 ,因为 “科学扎根于讨论”,只有这样 ,光的本性才会越来越清楚 ,物理学才会有重大发现 ,科学技术才能不断发展 ,社会才能不断进步 ,为此我们要不断努力 ,不断探索。要在继承历史遗产的同时 ,借鉴历史发展的一般规律。更要敢于挑战历史 ,创造未来 ,要始终走 “创新” 之路。

结 论

光究竟是什么 ? 对这个问题虽有长达数百年的科学研究 ,但还不能说已经完全解决了。正如宋健院士不久前所指出的:“ 人类还太年轻 ,自然科学资历尚浅、 阅历尚浅 ,有些科学理论仍是急就章 ” 。因此 ,对光的解释不十分明朗 ,甚至众说纷纭 ,并不是奇怪的现象。

1951年 12月 12日 , Einstein曾致信 Bess o说:“ 整整 50年的自觉思考没有使我更接近于解答‘光量子是什么 ’ 这个问题 ” [ 17 ]。那么 , Einstein于 1955年去世后情况如何 ? 20世纪 80年代初 , R1Feynman曾在美国就量子电动力学 (QED)作过系列演讲 ,后来出版了一本书[ 18 ],其中说:“光由粒子 (光子 )组成是一个本质的现象。 ” 他指出 ,光在两表面的部分反射的奇怪现象 ,光强大时可由波动理论解释;当光越来越微弱时波动理论就解释不了。QED明确地断言 ,光是由粒子 (光子 )组成的。Feynman表示了对“ 波粒二象性 ” 理论的不满 ,称之为“混乱的状况 ” ,因为当人们为了说光是波动还是粒子 ,必须知道所分析的是什么样的实验 „„这些说法表示Feynman侧重于光的粒子性的方面。但是 ,本世纪初出版的倪光炯、 陈苏卿所著的《高等量子力学 》 [ 3 ],在仔细考察了 1998年的 Dü rr实验 (原子干涉仪的 which way实验 )以及其他实验之后 ,对波粒二象性作了如下的表述 — — — 微观粒子 (包括光子 )在运动时 ,只要量子相干性尚未破坏 ,应当作是“ 波 ” ,用 SchrÊ dinger方程加以描述。该粒子一旦被探测 ,即显示出“ 粒子 ” 性来。这是在不同层次上显示出的二象性。„„ 以上三个典型的说法可供读者参考。最后 ,笔者只能说虽然对光的研究已取得巨大成功 ,但对于光到底是什么目前仍然没有最终的结论。人们也不清楚有关理论应扮演何种角色— — — 是仅靠实验来判断正误 ,还是当作对自然的高层次理解而可以不顾及实际现象 ? 这涉及对物理学发展的估计 ,以及对例如量子力学这类基础理论的评价。“ 光是什么 ” 仍然是个谜。

参考文献

〔1〕 E in stein A E lek trodynam ik bew egter ko rp er J A nnalender Physik 1905, 17 (7) : 891～895 .

〔2〕戈革，玻尔和他的互补原理〔J〕.自然辩证法通讯, 1987, 9 (5) : 1～8 .

〔3〕沈惠川.德布罗意的非线性波动力学〔J〕.自然杂志, 1992, 15 (8) : 620～626 . 〔4〕沈惠川.德布罗意和薛定谔〔J〕.自然辩证法研究, 1994, 10 (3) : 52～55 . 〔5〕沈惠川.非线性波导理论的非局域性〔J〕.自然杂志, 1995, 17 (2) : 119 .

〔6〕周国荣 中微子的静止质量及其在物理学和宇宙学上的意义 〔J〕. 物理, 1999,28

(5) : 290～294 .

〔7〕王国文.光和实物的统一性与物理学基础探讨——相对论和量子论带来的困惑〔J〕. 物理, 1991, 20 (7) : 428～432.

〔8〕张元仲.狭义相对论实验基础〔M〕. 北京: 科学出版社, 1982, 152～ 183. 〔9〕沈惠川.贝尔定理和贝尔不等式〔J〕.自然杂志, 1996, 18 (4) : 240～244.

〔10 〕黄志洵. 超光速研究——相对论、量子力学、电子学与信息理论的交汇点 〔M〕 北京: 科学出版社, 1999, 15.

致 谢

历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师贾怀杰教授老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最中心的感谢！

感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。

感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多素材，还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。

由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正 [1] 戴念祖 张蔚河 《中国古代物理学》 商务印书馆 1977年 80页