光電效應引發的思考
——無處不在的電磁波以及動態電場力

陳 毅

（中國電建 重慶 400080）

1 指出光電效應的錯誤解釋

光電效應是在高于某特定頻率的電磁波照射下，某些物質內部的電子吸收能量后彈出而形成電流的現象。眾所周知，愛因斯坦對由德國物理學家赫茲發現的光電效應的解釋是:當光照射到金屬板上時，是因為光子與金屬板上的自由電子發生碰撞，自由電子吸收能量而逸出金屬板形成電流的現象。由此愛因斯坦得出結論:光也具有粒子性，光也是一種實物粒子，即光具有波粒二象性。其實愛因斯坦的解釋是錯誤的，光只具有波的性質，是一種能量。因為光是電磁波能解釋一切光學現象，現有理論無法解釋楊氏雙縫干涉實驗暗紋中仍有光波的現象，而且許多干涉實驗暗紋中都存在有光波。下面請看我的解釋。

2 給出光電效應的正確解釋

2.1 電場力激發自由電子

首先，光是電磁波，有電場，會對自由電子產生電場力。就是這個電場力激發自由電子逸出金屬板的。其激發過程如圖所示，

F代表自由電子所受光的電場力，F2是垂直于自由電子所在平面即金屬板的F的矢量分解，既導致自由電子動能增加逸出金屬板的力，F1是平行于自由電子所在平面即金屬板的F矢量分解。

2.2 洛倫茲力激發自由電子

極少量光的能量是這樣被自由電子吸收的。當自由電子進入屬于光的變化磁場時，磁場對自由電子產生了洛侖茲力，洛侖茲力對自由電子做了功，加速了自由電子。同樣，變化的磁場也能對自由電子產生洛侖玆力。由洛倫茲力公式F=qvb，q是自由電子的電荷量，v是自由電子的速度，b是電場強度。由于v極小，所以洛倫茲力可不考慮。

3 解釋波粒二象性的錯誤

下面用動量守恒定律來證明波粒二象性是不成立的。假設光的傳播方向為正，光子有一個初動量為正，碰撞前后，金屬板始終保持相對靜止，動量為零。碰撞前，光子和金屬板整個系統擁有光子的初動量；碰撞后，自由電子擁有一個負的初動量，光子被自由電子吸收不見了，整個系統剩下自由電子和金屬板，而整個系統卻擁有了一個負的動量，碰撞前后動量不守恒。很明顯，波粒二象性是不成立的。

4 動態的電磁場性質與靜止的電磁場性質一樣

光或電磁波的變化電場和磁場的性質與相對靜止的電場和磁場的性質一樣，這一點可從運動的原子核同樣會吸引電子、運動的磁鐵同樣會吸引鐵看出。即運動的電場或磁場與相對靜止的電場或磁場的性質一樣。同一方向上的電場、磁場相互吸引，不同方向上的電場、磁場相互排斥。

5 運用動態和靜態的電磁場性質一樣來解釋光學現象

5.1 解釋只有頻率較高的電磁波才能產生光電效應

為什么光電效應的產生對光的頻率有一定的要求，那是因為光的頻率越高，其變化的電場強度和磁場強度越強，產生的電場力和洛侖茲力越強，對自由電子做的功越大，加速越快，更能使自由電子逸出金屬板。

5.2 解釋黑體輻射的現象

黑體輻射是黑體完全吸收了光，即黑體的電子和原子核所受光的電磁力對黑體的電子和原子核做功。而不是光子在黑體里面碰撞無法反射出來。如果光是一種物質，那么現實當中只發射一粒光子進入黑體幾乎是做不到的。如果是一束光(許多粒光子)照進黑體里面，那么根據光的反射，總有少數或極少數的光反射出黑體，說明光不具有粒子性。

5.3 解釋光速與光源的初速度無關

為什么光速與光源的初速度無關，與傳播介質有關呢？因為光是能量的傳播，與聲音的傳播一樣，即聲速與聲源的初速度也無關，與傳播介質有關。如果光是粒子，那么光速一定與光源初速度有關。

5.4 解釋為什么光無法逃逸黑洞

光無法逃逸黑洞，是因為光在黑洞的強引力場介質中無法傳播，就好比聲音無法穿透隔音墻或隔音玻璃一樣。

5.5 解釋光的折射

光射入玻璃或水中發生折射現象是因為光進入不同傳播介質發生折射，而這不同介質是大氣引力場與玻璃引力場或水的引力場的不同。

5.6 解釋光能在大氣、玻璃、水中傳播

光之所以能在大氣、玻璃、水中傳播是因為大氣、玻璃、水的微觀粒子分布比較均勻，其粒子與粒子之間的空間間隙比較均勻，電磁波的動態電場能很好地繞開帶電粒子的電場，使之不受它們的干擾，有利于光的傳播。而其他固體的微觀粒子分布不均勻，有疏有密，導致粒子與粒子之間的空間間隙也不均勻，光無法繞開帶電粒子的電場干擾，不利于光的傳播。

5.7 解釋其他光學現象

光穿越玻璃發生折射是因為進入了玻璃的均勻電場介質中，光發生發散、干涉、衍射那就是因為動態電磁場的性質與靜態電磁場的性質完全一樣，同一方向上的電場相互吸引，不同方向上的電場相互排斥。單縫衍射實驗中間的暗紋仍有光波能證明光的波動電磁場性質與靜態電磁場性質一樣。

6 運用反證法證明光只具有波動性

6.1 從碰撞概率很小的角度證明

如果光具有粒子性，光電效應是因為光子與自由電子的碰撞產生的，那么光子與自由電子的碰撞概率是極其渺小的。首先假設光是一種物質，有質量，那么光子的質量極小，其體積應該也很小，而電子的體積相對于其運行的空間而言也是極小的，兩者要想發生碰撞，其概率是非常非常渺小的。其次即使是因為光子很多而發生的碰撞，那么會造成光子極大的浪費，也就是說絕大部分的光子是不能被自由電子吸收的，極少數的光子與自由電子碰撞不足以使自由電子逸出金屬板形成電流。而且自由電子逸出的方向與光子的運行方向是相反的，再一次證明光子碰撞自由電子使其逸出是不可能的。所以光不具有粒子性。

6.2 從電場、磁場無法與實物粒子發生碰撞的角度證明

而且如果光是一種物質，那么電場或者磁場也就是一種物質了，但是電場和磁場都無法與自由電子發生碰撞，所以光具有波粒二象性不成立。

6.3 從黑色不反光的角度證明

有一個常識，當光照射到純黑的物體上時，光是不被反射的。如果光具有粒子性，在純黑的物體上生碰撞而不反射是不合理的呀。

6.4 以臺球為比喻證明

若光子是粒子，其碰撞可用打臺球作比喻。白色球碰彩球，彩球大體一定沿白球初速度方向運動，因為動量守恒。把白球比作光子，把彩球比作自由電子，兩者相碰，自由電子不可能沿光子的反方向運動。光的能量大小只與頻率有關是因為變化越快能量越大，變化越慢，能量越小。

7 我的猜想

由此可見，光、電磁波是一種能量，電場和磁場也具有能量，不論其靜止或運動，或者說電場和磁場是兩種不同的能量存在形式。我的猜想是:電場或磁場是一種具有一定結構或規格的空間。就好比電腦軟件編程一樣，軟件之所以能存在并運行，那是因為其具有一連串排列有序的編碼，而這些編碼也占據了一定的電腦存儲空間。電腦里的自由空白存儲空間(能存儲文件或軟件的空間)相當于真空，而軟件所占據的電腦存儲空間就相當于電場或磁場所具有的空間。同樣，引力場的空間與電場或磁場的空間相似。而電子具有改變變化的電場或磁場的空間結構的能力，使變化的電場或磁場的空間與普通空間一樣，而這一過程正是自由電子吸收光的能量的過程，有的自由電子逸出金屬板形成電流，即產生光電效應。自由電子如此，其它的帶電粒子也如此。