是光波傳遞能量還是光子傳遞能量

05-26

是光波傳遞能量還是光子傳遞能量

來自專欄光子，波粒二象性與電磁場互能原理自能原理

寫文章

是光波傳遞能量還是光子傳遞能量？

互能流

波粒二象性研究者

麥克斯韋肯定認為是光波在傳遞能量。他那個時代，牛頓的光粒子的概念已經完全被否定了。愛因斯坦的光子理論還沒有誕生。因此他只能認為是光波在傳遞能量。坡印廷寫出了坡印廷矢量，坡印廷定理，這些都是波的理論，因此他會認為是坡印廷矢量在傳遞能量。印廷矢量代表波的能量。因此坡印廷會認為能量是由波傳遞的。愛因斯坦發現了光子，光電效應表明光具有能量。康普頓實驗證明光子還有動量。在愛因斯坦之前，普朗克提出了普朗克的能量包理論，普朗克認為這些能量包只是在光的吸收，光的發射時存在。當光在空間傳播時所有的能量又合併成連續的波。愛因斯坦的光子理論認為光在空間里始終是一個個分立的能量包。因此即使在空間里光也始終是由光子構成的。愛因斯坦認為即便是無線電波也是由光子構成的。因此非常清楚，愛因斯坦認為能量是有光子傳遞的。波爾認為光波是幾率波，那麼光波只能傳遞幾率。因此也不能傳遞能量。能量是由粒子傳遞的。德布羅意認為波是所謂導航波，粒子是由這些導航波引導前進的。光子是波的核心，因此似乎他也認為能量還是由光子攜帶的。

搞工程的人比如搞無線電的，往往人為無線電波傳遞能量。但是按照愛因斯坦的觀點，宏觀的無線電波是由微觀的光子構成的。因此說到底，能量還是由光子傳遞的。

看來，英雄所見略同，光的能量是由光波傳遞還是由光子傳遞的這個問題自愛因斯坦之後，光子傳遞能量的說法佔了上風。可是大家都是猜想，並沒有一個理論能夠證明這一點。

最近這個問題終於有了新的進展。趙雙任博士，1987-1989年先後在《電子學報》，《電子科學學刊》上發表了電磁場互能定理的論文。該理論引入了一個重要電磁場概念，即電磁場的「互能」。另外找雙任博士引入了輻射電磁場的內積空間的概念。互能定理的基礎上推出惠更斯原理。一晃三十年過去，最近（2016年）趙雙任博士終於在互能的基礎上又邁了一步提出了「互能流」的概念。互能流是由發射天線發出的滯後波同接收天線發出的吸收波疊加的產物。對於互能流有如下互能流定理：發射天線到接收天線之間的互能流在任何一個截面上通過的能量是相等的。也就是說互能流在空間中傳播是不衰減的。互能流定理的公式同1989年論文中的惠更斯原理的公式相同。但是有了互能流的概念後這個公式得到了新的物理含義。我們知道電磁波是衰減波。距離越遠波幅度越小。互能流不衰減，這個性質其實就是物理中很多人都在尋找所謂的孤立子，並認為光子很可能是孤立子。因此趙雙任博士就開始嘗試用互能流解釋光子。光子被看成由輻射體，吸收體構成的體系。輻射體發射滯後波，吸收體發射超前波。兩個波一疊加就產生了互能流。這個互能流就是光子。趙雙任博士認為光子不是別的，光子就是互能流。互能定理，互能流定理兩個定理就是光子的傳播定理。

在沒有互能流概念時，如果我們必須用波來解釋能量傳播，只好引入一個波塌縮的概念。滯後波從輻射體發出，塌縮到吸收體上，因此能量即可由波來傳播了。相信超前波的人士說超前波也得塌縮。因此超前波從吸收體發出塌縮到輻射體上。塌縮這個概念非常粗糙，至今沒有一個人可以給出塌縮的公式描述。2016年，趙雙任博士猜測塌縮這個概念是錯誤的，其實既然能量已經可以由互能流傳遞了，波就不用塌縮到其目的地，波只要返回即可。如果返回的波也是電磁場，那得是滯後波。滯後波返回並不能將原來滯後波完全抵消。有一種波可以完全抵消滯後波，就是時間反轉波。時間反轉波不滿足麥克斯韋方程。超前波也可以用時間反轉波抵消掉。這樣趙雙任博士猜測空間中應該總共有四個波：滯後波，超前波，兩個對應的時間反轉波，這四個波完全地抵消掉了，抵消掉後連一點痕迹都沒有在空間和時間上留下。這些滯後波超前波就像從來沒有發生一樣。因此能量不是由波轉遞的。能量是由互能流傳遞的。這時這些還是猜想。

2017年4月趙雙任博士發現坡印廷定理 + 疊加原理與能量守恆衝突。解決這個衝突必須引進自能原理，互能原理。從自能原理出發可以證明電磁場存在4個波，它們的自能流完全抵消。互能原理告訴我們單個電荷的麥克斯韋方程的解不是物理解，物理解必須要由兩組麥克斯韋方程構成，一組為滯後波一組為超前波，滯後波同超前波必須同步。同步的滯後波和超前波產生互能流。由此從理論上再次證明了前面的猜測，即所有的波都抵消了，波是不傳遞能量的。波看上去只是概率波。能量是由互能流傳遞的，也就是光子傳遞的。

互能流也可以有時間反轉的互能流，它可以抵消互能流。不過，如果互能流傳遞了一個整光子，吸收體上的電荷會從低能級跳到高能級，這樣就把這部分能量鎖住了。這樣時間反轉的互能流就不能產生。如果發生衝突，兩個吸收體競爭一個光子，每個吸收體只得到了半個光子，這樣吸收體的電荷跳到兩個能級之間，能量不足，只好退回低能級。這樣時間反轉的互能流可以把這兩個半光子能量退回到輻射體。因此我們只發現了一個整光子，不會出現半個光子。

互能流就是光子。詳細內容參見：

Open Science - Journal - Archive

https://zh.wikipedia.org/wiki/互能定理