從愛因斯坦到未來：光為什麼是橫波？理解了光，就理解了宇宙

07-14

1638年法國數學家皮埃爾·伽森荻提出物體是由大量堅硬粒子組成的。牛頓隨後對於伽森荻的這種觀點進行研究，於1675年提出假設，認為光是從光源發出的一種物質微粒。惠更斯認為，光是一種機械波；光波是一種靠物質載體來傳播的縱向波，傳播它的物質載體是「以太」；波面上的各點本身就是引起媒質振動的波源。根據這一理論，惠更斯證明了光的反射定律和折射定律，也比較好的解釋了光的衍射、雙折射現象和著名的「牛頓環」實驗。1817年，托馬斯·楊放棄了惠更斯的光是一種縱波的說法，提出了光是一種橫波的假說，比較成功的解釋了光的偏振現象。1905年3月，愛因斯坦在德國《物理年報》上發表了題為《關於光的產生和轉化的一個推測性觀點》的論文他認為對於時間的平均值，光表現為波動；對於時間的瞬間值，光表現為粒子性。 1921年，愛因斯坦因為"光的波粒二象性"這一成就而獲得了諾貝爾物理學獎。

我們扔一顆石子到水裡，水表面的漣漪向四周散開，看到的是橫波。但是在水的內部，則是縱波，如同空氣中聲音的傳播一樣。在液體里，粒子是隨機分布，所以它們是隨機組織的。當粒子隨機組織時，只有擠壓能改變組織的構型，剪切變形不能對粒子分布起任何作用。因此，隨機組織只有縱波，而沒有橫波。在固體里，粒子排列成有規律的列陣，是一個不同的組織。不同的組織會導致不同的波。擠壓變形和剪切變形都能改變組織的構型。所以，固體里又有縱波，又有橫波。

如果把真空理解為超流體（超流體真空論），但是在粒子隨機分布的液體里，波動只能是粒子密度波，其對應於一個縱波，而不是橫波。可見，光波不是普通的波，它是非常特別的波，由於這些特別的性質，只有縱波的液體和同時擁有縱波和橫波的固體，都不能成為可以承載光波的媒介。

按照弦網密度波來解釋，在弦網隨機分布的弦網液體里，波動是弦密度波。在弦網液體里，有些地方會有較多的弦，但有些地方會有較少的弦，這就是弦密度波。不同於粒子，弦是有方向性的。所以弦密度是由一個矢量來描寫的，弦密度的變化方向總是垂直於弦的方向。因為弦密度波的運動方向就是弦密度的變化方向，這表示弦密度波是一個橫波。而且，只有橫波，沒有縱波。目前在數學上已經可以推導出弦網液體里的波就是電磁波。

按真空渦旋來理解，那就更容易理解了，真空渦旋構成了弦的基本單元，渦旋的自旋方向和弦的移動方向是垂直的，多個光量子相干形成光波，光波的移動方向和光量子的基本單元「真空渦旋」自旋方向是垂直的，所以是橫波。

那麼為什麼不像水面的橫波那樣，向時空四周擴散呢？因為多個光量子相干，形成的是「區塊波」（區塊波我之前在文章《從量子糾纏和量子相干的等效性談雙縫干涉實驗，可以解釋所有現象》中已經提到，這是一個我自己起的名字），區塊波由多量子相干形成。多量子區塊波而不是像水波那樣，水波是水分子的密度波，光波是光量子相干形成的區塊波，波是因為渦旋之間的相干形成，關鍵在於渦旋的自旋方向和其整體的運動方向垂直，形成的機理不同。我說的區塊波就是弦網密度波，但是區塊波可以更好的理解波的形成機理，即本質是多量子的相干形成。

為什麼說理解了光，就理解了宇宙。因為光是真空能量波，所謂的真空渦旋，並不是一種與周邊真空不同的獨立的實體小球，而是真空本身因為能量的不平均形成的「渦旋」，本身的屬性就是真空的一部分。而光作為連接真空與人的一種「能量」，可以被人和工具感知，是人理解真空的一種很好的「表現性現象」。

光是真空能量波，所以光速中時間靜止，因為真空中沒有時間，也沒有空間。原理很簡單。理解了光，就理解了真空。理解了真空，就理解了宇宙。