作者：彭晓韬

日期：2020.05.27

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[文章摘要]：光是人类认识、利用与改造自然的最主要工具与手段。但对光的认识至今仍然存在诸多欠准确、欠全面的问题存在，特别是对光的本质和光与介质的相互作用规律的认识甚至存在巨大误解与错误。经本人长期研究发现：光的本质就是电场与磁场；光与介质的相互作用规律就是光使介质成为次生光源并产生与入射光特征相关但并非全同的次生光。本文试图就此作些讨论与研究，供有兴趣者参考。

一、光的本质简述及其相关证据说明

1、光的本质

光可以分为可见光与不可见光。实质上就是不同频率的变化电场与磁场，但人类目前通常称其为电磁波。实际上这种称谓是存在不准确、不全面的问题的：一方面，恒定电场与磁场也是光的一部分，但不宜称其为电磁波；另一方面，电场或磁场在真空中(在介质中，变化的电场或磁场可以使介质中的原子中的电子改变运动方向而形成次生/感生电流而形成次生磁场或电场)并不能相互激励而形成所谓的电磁波。否则，地球上就不会有黑夜了。

光的本质就是由不同带电体(整体带电物体或单个带电粒子或多种带电粒子组成的恒定或时变带电组合体如原子等)在相对观测者或装置不同运动状态下产生的电场与/或磁场。

2、证明光为电场与/或磁场的证据

2.1、在恒定电磁场中运动的测量装置可测量到变化电磁场证明光是变化的电场与磁场

如果让测量装置在恒定的电磁场中定向或往复运动时，测量到的电场与磁场就会是变化的电场与磁场，且其变化规律与测量装置在恒定电磁场中的运动规律相关。这也是直接证明光是变化的电场与磁场的证据之一。

2.2、光的产生方式证明光是变化的电场与磁场

从常用的广播、电视、手机等通讯信号的产生方式：采用振荡电路产生的变化电子流在一定导体内的往复运动而产生相同频率的电波(变化的电场与磁场)，到日常照明用的灯光产生光的方式：在交、直流电压作用下使原子与分子发生剧烈热运动产生光(变化的电场与磁场)等，都是利用电子或分子与原子发生不同运动状态的变化而产生变化的电场与磁场的。

2.3、动力电传输导线产生的电磁辐射证明光是变化的电场与磁场

在动力电传输导线周围会产生50Hz及其整数倍数的电磁辐射，这充分证明：光或电磁波是由带电体定向或往复运动过程中产生的电场与磁场。

2.4、麦克斯韦方程组

麦克斯韦方程组被广泛认定为电磁波存在之重要证据。但其中的变化电场可以激励磁场和变化磁场可以激励电场的观点是不全面的。因为在真空中，变化的电磁场是不能相互激励的。下图一中的真空中的光脉冲不可侧视以及地球存在黑夜就是直接证据。只有在介质中，变化的电场与磁场可以使介质中的电子发生定向运动而产生次生的磁场与电场。因此，将光视为电磁波是存在严重问题的，更准确的表述应该是：光是变化的电场与/或磁场。

图一：光在介质及真空中的运动轨迹动图

二、光与介质的相互作用规律简述及其相关证据说明

1、光与介质的相互作用规律简述

如下图二和图三所示：光遇到介质时会使介质中的分子与原子发生运动状态的相应变化，原子会成为时变电偶极矩之电偶极子，也就是入射光使介质中的分子与原子成为了次生光源并产生常说的反射、散射、折射、透射、衍射和绕射等次生光。部分进入介质内部的次生光会成为所谓的折射光并使邻近的其他原子也发生电偶极子化并产生次生电磁场，如此反复一直传递到介质的另一侧并形成透射光。

不同性质的介质与光的作用规律不尽相同，其原因主要有二：一是由于原子中的电子围绕原子核运动是有一定规律的。二是由原子构成的分子方式不同(如石墨与金刚石)，原子受到的外部约束也就不同。因此，不同频率的光遇到不同介质时产生的次生光的特性也会不同。这就是为什么一些介质可透射光，而另一些介质却不可以。同时，由于原子响应不同频率的入射光的能力不同，由此导致同一介质对某些频率的光而言是透明的，而对另一些频率的光却是不透明的原因所在。

2、证明光与介质相互作用规律的主要证据

2.1、惠更斯-菲涅耳原理证明介质被入射光激励成为次生光源

如下图四所示：惠更斯－菲涅耳原理是建立在介质表面每个点均为一个新的次生光源基础上的。因此，我们完全有理由认为：入射光使介质表面的原子极化而成为了新的光源。

2.2、半波损失证明反射光是由介质极化后的电偶极子产生的次生光

如下图五所示：光被光密介质反射时，在反射界面处的反射光与入射光的相位相关半周，被称作半波损失。而实质上是介质表面的原子被入射光极化时，电子是朝电场正极运动的，由此导致原子极化后产生的次生电场的相位正好与入射光的相反。这充分证明所谓的反射光并不是入射光被反射形成的，而是由原子极化后产生的次生光。

2.3、法拉第磁光效应证明折射光是由介质中原子极化后产生的次生光

如下图六所示：法拉第磁光效应是由于外磁场使被入射光或次生光极化后的介质中原子的电子运动方向发生偏转而导致其所产生的次生光的偏振方向发生偏转。因为恒定磁场是不可能直接使偏振光的偏振方向发生变化的，只有当折射与透射光是由改变运动状态的电子产生的，且电子在改变运动状态并产生折射光的过程中被外磁场改变运动方向才会导致折射光的偏振方向发生有规律的改变。

2.4、光遇介质时的传递速度突变证明介质内部的折射光是介质产生的次生光

如下图七所示：光在介质内部的速度变化规律与粒子完全不同，证明光在介质内部的运动速度是由介质性质决定的，与入射光速度无关。这从一个侧面证明了光在介质中的传递是由介质内部的原子与分子承担的。而原子与分子只有因运动状态的改变才能承担传递光的任务。也就是只有折射光是由原子与分子产生的次生光才能出现光速仅与介质性质有关的现象。

2.5、光程差常数和MM实验结果证明光在大气层内的运动速度由大气层决定

如上图八所示：无论星光相对地球的入射光速是多少，当其位于天顶处时，星光进入大气层后的光速均由大气层的性质与运动状态决定，与入射光速无关。因此，大气层内的星光是由大气层内的原子与分子产生的次生光，而非改造后的入射光。

MM实验结果是因为实验是在大气层内进行的，除半透镜内部外，整个实验过程中的光路均在大气层内，当实验装置相对大气层基本静止时，实验结果自然就不会出现干涉条纹变化。

2.6、斐索流水实验结果证明光在介质内部的传递是由介质性质与运动状态决定的

如上图九所示：光在介质中的运动速度是由介质的性质(折射率n)与运动状态(u)综合决定的，与入射光速无关。这也从一个侧面证明光在介质内部的传递是由介质中的原子与分子承担的，是原子与分子产生的次生光。

2.7、薄膜干涉现象证明光在介质界面产生的反射是介质表面产生的次生光

如上图十所示：无论是云雾产生的彩虹，还是厚度接近分子直径的油膜产生的干涉现象，均是由薄膜表面与底面分子与原子产生的次生光间的矢量叠加的结果。

2.8、光的转换现象证明反射光是由介质表面原子产生的次生光

光的转换现象无处不在。无论是太阳光下映入人们眼帘中的各种景色，还是璀璨星空，以及植物的叶绿花红、动物的毛色斑斓、饰品的珠光宝气、人脸的肤色变迁，无不与光的转换有关系。反射光的频率不仅是入射光的频率，还可以是其他频率的光。只有反射光是由介质表面原子与分子产生的次生光才会出现光的转换现象。

2.9、黑体辐射强度分布规律仅与温度有关证明光是由原子与分子产生的次生光

由普朗克黑体辐射公式可知：黑体辐射强度分布规律证明无论哪种入射到黑体内部(类型与频率)的光，都会被黑体转换为其他频率的光。这就是光会被介质转换成其他频率的光的直接证据。实质上黑体辐射出来的光就是入射光使黑体内部表面的分子与原子改变运动状态而产生的次生光。

2.10、超黑材料单缝实验结果证明衍射是由单缝边缘产生的次生光

上图十一是由杨发成先生于2014年进行的超黑材料单缝光学实验结果：单缝无衍射现象。证明一般单缝板材料进行的单缝衍射实验中的衍射光是由单缝边缘产生的次生光。并非光本身具有衍射(绕射)能力。

三、光的本质和光与介质相互作用规律的物理意义

利用本文对光的本质及其与介质相互规律的认识，可以解决目前诸多有歧议的物理现象并正确解释某些有争议的物理实验结果。本文尝试解释几个这方面的问题。

1、天体红移量与距离成正比的现象

从所谓的宇宙背景辐射现象可知：宇宙空间是存在大量平均温度在2.7K左右的超低温物质的。而根据黑体辐射公式可知：温度小于30K的低温物质几乎不能产生并反射可见光。但这些物质一般匀可以传递光。因此，星光在宇宙空间的长途旅行实际上是星际物质产生的次生光或所谓的介质中的折射光，其频率就会因介质转换作用而改变。这可能才是天体红移量与距离成正比的原因所在。如果真的如此，则哈勃定律就是错误的。

2、光电效应现象

用所谓的携带与其频率成正比能量与动量的光子解释光电效应存在三大障碍：一是红限(截止频率)与光子密度无关：为什么不会出现二个或二个以上的、稍低于红限的光子同时或先后使一个电子成为光电子；二是光电子数量与照射光频率非正相关：高于一定频率的光不仅不能产生更多的光电子，反而几乎不能产生光电效应；三是光电子运动方向与照射光的方向间夹角可大于90度，违背粒子间相互作用中严格遵循的动量与动能守恒定律。

用光是变化的电磁场并使金属中的部分绕核运动频率与相位合适的外层电子同步加速来解释光电效应就能轻易避免上述三大障碍了。也不会因此与以上证明光是变化的电磁场的各种自然现象与实验结果相矛盾了。

3、康普顿效应

当X射线照射金属时，会使金属中的原子极化并产生次生X射线，当极化后原子中的电子产生的次生X射线朝不同方向运动时，就会因次生X射线仅相对产生其的电子速度相同，而相对实验装置却不同而出现频率变化(红移或紫移)。这才是不同方向的次生X射线的频率不同且仅与方位角有关的真空原因。

用光是变化的电磁场来解释康普顿效应就能避免以下用光子来解释时遇到的三大障碍：

一是为什么光子只与金属中的最外层电子相互碰撞，而不会与内层电子或体积大得多的原子核相互碰撞？

二是为什么不会出现一个光子与二个或二个以上的最外层电子相互碰撞？

三是为什么原子外层电子的运动状态不同，而反射出来的X射线的频率变化仅与出射方向有关，而与电子的运动状态无关？

4、类星体存在多组红移量不同的吸收谱线簇现象

从类星体存在多组红移量不等的吸收谱线簇现象可知：类星体的星光在来到地球的旅程中遇到过多块密度相对较大的气态星际物质，这些物质将星光中的某些频率的光转换成了其他频率的光，从而使星光中缺少这些频率的光。

总之，用光是变化的电磁场，光遇到介质会使介质产生次生光来解释目前的物理实验结果与自然现象，比用光子来解释更加合情合理，更加令人信服。