解析物理学中色散之本质

结构物理学 1 解析物理学中色散之本质解析物理学中色散之本质 胡良 深圳市宏源清实业有限公司 摘要：光线打到一对双缝时，只要两缝间隔不太远，就会出现干涉条纹。如果将 光强减弱，使光源发出的光是一个个光子（让光子一个个发射）；在前一个光子 打在屏上之后，再让后一个光子发出，少量光子将在屏上形成随机分布的图案。 如果随着光子数量的增多，屏上将逐渐显示出与光波情形相同的干涉条纹。 关键词：色散，相位，波粒二象性，量子场论 作者：总工，高工，硕士 TheThe ConnotationConnotation ofof DispersionDispersion inin PhysicsPhysics The energy constant (Hu) is the smallest energy unit,Hu= h * C=Vp*C(3), which reflects the intrinsic relationship between the vacuum speed of light (C) and Plancks constant (h). Keywords:Dispersion, phase, wave-particle duality, quantum field theory 1 1 双缝衍射双缝衍射的核心逻辑的核心逻辑 当在缝隙处放上监视器，再用电子枪向带有两个缝隙的挡板发射许多电子（或 光波）的时候,电子（或光波）在监视器处体现粒子性，在后面的屏上不再形成 干涉条纹。 在缝隙处撤出监视器，再用电子枪发射许多电子（或光子），在后面的屏上干 涉条纹又出现了。干涉条纹的出现，体现了当许多电子在穿过两处缝隙的时候是 以波的形式运动的。 从另一个角度，对于双缝干涉实验，考虑光子由一个光源出发，通过与光源等 距的两条平行狭缝，射到感光屏上，在屏上呈现出光子的分布。 在实验过程中，先分别打开一条狭缝，关闭另一条，这时感光屏上的强度分布 为光子通过单缝的衍射图样。 然后， 将双缝同时打开， 这时在屏上得到的是光子通过双缝后形成的干涉图样。 这个实验证明了光具有波动性。 换个说法，如果在电子双缝衍射实验过程中加上一个光源，放置在第一块隔板 后面的两条窄缝之间。由于光子的测量效应可知电子通过的是第一条缝，还是第 二条缝。此时，屏上的衍射图形就失去干涉条纹。 在电子的双缝衍射实验中，通过光子测量微观粒子通过哪一条缝时，确定了微 观粒子的粒子属性，从而导致干涉条纹的消失。 )2(23 *)/(*)*(*CfVChCVH ppu 如果移去光源，则又会重新出现干涉条纹，体现为观测导致相干性消失。 *)/(*)*(*)/(* )2(223 rCVCCVChCVH pppu 。 根据量子三维常数理论（能量常数理论），与微观粒子相联系的波本质上是概 率波，波函数在空间中某一点的强度与在该点找到粒子的概率成比例。 当双缝同时打开时，电子有可能通过其中任何一条缝。只打开一条缝时，对电 子来说只有一种可能，与双缝同时打开是完全不同的，此时应该采用不同的概率 波来表达。 结构物理学 2 电子通过双缝后，概率波相干而产生干涉图样，亮条纹的处波的强度大，意味 着电子出现的概率大（或者说电子数目多）；暗条纹的处波的强度小，意味着电 子出现的概率小（或者说电子数目少）。 统计大量的单电子(每相隔一段时间再发射一个电子)积累后.感光板将显示出 干涉条纹,表明单电子的落点仍然由波控制.体现了电子落点分布呈现出干涉条 纹。 这说明，波粒二象性里的波,也是粒子运动的概率规则,体现了存在隐变量（相 位）。 测量之所以导致量子态相干性的消失，是被观测的微观系统相位的确认过程， 体现了用光子观测电子，对电子的干扰直接导致相位的确定。量子不确定性体现 了测量手段会对被测量物产生干扰。 根据量子三维常数理论（能量常数理论），光线打到一对双缝时，只要两缝间 隔不太远（小于光子的波长，这是极重要的边界条件），就会出现干涉条纹。如 果将光强减弱，使光源发出的光是一个个光子（让光子一个个发射）；在前一个 光子打在屏上之后，再让后一个光子发出，少量光子将在屏上形成随机分布的图 案。如果随着光子数量的增多，屏上将逐渐显示出与光波情形相同的干涉条纹。 可见 *)/(*)*(*)/(* )2(223 rCVCCVChCVH pppu ，体现了光的波 动性。 )2(23 *)/(*)*(*CfVChCVH ppu ，体现了光的粒子性。 2 2 相位的内涵相位的内涵 对于一个波来说，某个时刻在其循环中的位置就是相位（也称相角） 。具体 来说，是一种其是否在波峰，波谷及它们之间的某点的标度，表达了波形变化的 度量。 当波形以周期的方式变化， 可用函数， )*cos(tAy 表达；其中， t* 就称为相位。 例如，在交流电中，相位体现了交流电在任何时刻状态的物理量；交流电的大小 及方向是随时间变化的。 对于正弦交流电流来说， )*2sin(*tfIi 。 其中，i表达交流电流的瞬时值，I表达交流电流的最大值， f 表达交流电频率， t表达时间。 可见，随着时间变化，交流电流将从零变化到最大值，从最大值变化到零，又 从零变化到负的最大值，最后又从负的最大值变化到零。而 tf *2 实际上就是 相位。 此外，对于两个频率完全相同的交流电相位的差来说，体现为相位差（相差）。 从广义的角度来看，宏观物体的运动，同样，有相位这个概念。例如，月亮围 绕地球运行，其相位就总是变化的，类似于交流电流的变化。这点很重要，这意 味着， 宏观的物理学规律实际上与微观的物理学规律本质上是一样的。 换句话说， 宏观的物理学规律是对微观的物理学规律统计后的结果。 结构物理学 3 例如，对于简谐运动中的相位差来说，如果这两个简谐运动的频率相等，而其 初相位分别是 1 及 2 。当， 12 1 时，它们之间的相位差就是， 1212 )*()*(tt 。 3 3 色散色散内涵内涵 色散广义的说是指复色光分解为单色光而形成光谱的现象。 几列波在媒质中传 播，它们的频率不同，传播速度亦不同，这种现象叫色散；而在物理学中，把凡 是与波速，波长有关的现象，叫作色散。 从另一个角度来看，材料的折射率随入射光频率的减小（或波长增大）而减小 的性质，称为色散。 光线随着其折射率不同而颜色各异；可见，颜色是光线本身固有的属性。 反之，同一颜色则具有同一折射率。换句话说。颜色种类与折射程度是光线所固 有的属性，而与折射，反射等其它因素无关。此外，白色是由光线适当混合而成 的。 根据量子三维常数理论，光子具有内禀的一维空间速度（真空中的光速），具 有内禀的三维空间速度。这意味着，光子在媒质中的传播速度仍是光速（真空中 的光速），但是由于媒质的影响（其影响与光子的频率相关），光子走的是曲线， 让人感觉速度变慢了。 这就是光子离开媒质， 马上恢复光速的原因。 其表达式为： )*(*)/(*)*(*/* )*(*)/(*)*()*(*/* *)*(*)*(*)*(*)*(* *)*(*)*(* )2()2()2( )2()2( )2()2()2()2( )2()2(23 yyypxxxp yyypxxxp ypxpypxp yxpppu CfVrCV CfVCCV CfVCf