對真空及電磁波傳播機理的重新認識

黎漢強

(東莞開放大學教導處，廣東東莞，523000)

0 引言

回想經典力學中沒有令人費解的假設，但到了麥克斯韋在電磁波傳播的方程組中應引入了位移電流假設并預言電磁波的存在，隨后赫茲用實驗證明了電磁波的存在。麥克斯韋的預言終于得證實，于是人們就全面認可麥克斯韋方程組對電磁波的解釋，包括對位移電流假設的承認。嚴重的邏輯問題就在這里，當一種理論可以解釋一個現象時，就連這種理論的假設都獲得承認。類似的情況還發生在狹義相對論中，當人們發現質量損失會產生大量的能量時，人們也承認了狹義相對論的假設，當然包括光速極限假設，可是當人們發現一些超光速現象時，例如在一些實驗中發現中微子的運動速度比光速還快，人們并沒有立即懷疑狹義相對論的正確性，當然我這里所指的是主流現象。其實，承認一種理論附帶承認這種理論的假設本來就無可厚非，但是，在更多的假設上推導的理論更容易出現謬誤。這就是我感到不踏實的地方，例如：光子的靜止質量為0等等。下面我從幾個方面去論證我的觀點。

1 靜電場的存在本身就證明了在我們所認為的“真空”中存在大量的電磁力子，像空氣一樣包圍在靜電荷周圍

我們常說靜電荷能產生電場，由庫侖定律給出量化的描述。若進一步追問：場是什么？法拉第的答復是：場是一種特殊的物質。再深入一步提問：這種特殊的物質來源于哪里？我們知道在靜電場中，帶有靜電荷的粒子本身質量沒有發生變化，場這種特殊的物質并不是由帶有靜電荷的粒子發射出來，場這種特殊物質只能來源我們所認為的“真空”，但是我們會問：當沒有靜電荷粒子時，真空并沒有測量到靜電場的存在，場這種特殊的物質去了哪里呢？我認為：在沒有帶電粒子存在的情況下，在體積足夠大的“真空”中大量的電磁力子處于無規則運動狀態，即在一定的體積內，建立一個坐標系，電磁力子的動量之和為0是一定體積內的電磁力子的數量，是正整數。電磁力子的角動量之和為0，即：所以，在電場強度為0時，在現有技術的條件下無法測量到電磁力子的存在，但是當電場強度不為0時，真空中肯定存在場這種特殊物質，而這種物質早已存在“真空”里，只是這種特殊的物質電磁力子呈有規律的分布或有規則的運動而已。試想，當帶電粒子周圍的電磁力子呈有規律分布時（如，在一個足夠大的封閉空間里，建立一個極坐標系，電磁力子的動量之和為0，電磁力子的自轉角動量之和大于0 ，兩個帶電粒子相互靠近，它們周圍的電磁力子呈有規律分布，當這個帶電粒子周圍的電磁力子相互碰撞時就會使這兩個帶電粒子產生相互作用力（庫侖力）。

2 電磁波的存在就證明了真空存在電磁力子

大家都知道對波的定義是：某一物理量的擾動或振動在空間逐點傳遞時形成的運動稱為波。我認為這種對波的描述過于理想化，其一是出現在“在空間中逐點”傳遞上，體現了波在空間傳遞的連續性，但實際狀態下波的傳播不總是具有連續性；其二，沒有強調介質的作用，以致后來發展到認同電磁波[1-2]的傳播不需要介質。我認為波的傳播機理是這樣的：傳播介質在某處受到擾動或振動，通過介質間的相互作用或碰撞，把這種擾動或振動傳播到更遠的地方，介質的運動，在傳播過程中遵守動量守恒，角動量守恒，能量守恒定律。也就是說，波傳播的本質是介質運動造成的，是介質運動狀態的傳遞，并由此而導致某個物理量的傳遞。由此可見，波的傳播不能離開介質，就像真空不能傳播聲音的原理一樣，但后來很多人認為電磁波的傳播不需要介質，理由主要是找不到電磁波傳播的介質，我認為這樣的理由是站不住腳的，用現時的科技手段找不到電磁波的傳播介質也不能說明它不存在。其實我們看到的光就是這種介質，電磁波也是這種介質。也許有人會提出邁克耳遜——莫雷實驗已間接證明電磁波傳播的介質（以前所說的以太）不存在，其實解釋邁克耳遜——莫雷實驗的結果可以有別的理由(例如地球對這種介質的拖曳效應）。當然我認為電磁波傳播的介質并不是以前所說的以太，而是一種基本粒子——電磁力子，一種具有靜止質量的遠小于電子質量的基本粒子，這種粒子——電磁力子以龐大的數量在我們所認為的“真空”中高速運動（速度達到光速量級），相互激烈碰撞。因為這種介質（電磁力子）的存在，電磁波的傳播就變成水到渠成的事，就類似于聲音在空氣中傳播一樣。下面我把電磁波的傳播機理論述一下。（從機械運動的角度）。

3 電磁波的傳播機理

我們所處的宇宙中充滿著電磁力子，它們都是一些高速運動，高速自旋的粒子，當一個物理事件(例如：碰撞）在空間發生時，必然會影響其周圍的電磁力子的運動狀況，但是這種影響存在一定的范圍，是具有一定邊界。

圖1

如圖1所示，有一粒電磁力子在O點處，它們的運動方向和X軸的正方向一致，它的速度是V1，角速度是ω1，在這粒電磁力子的周圍是一從此“平靜”的（沒有任何擾動）、無序的、處于動態平衡的空間，所謂動態平衡的空間是單位體積內的電磁力子數不變（類似飽和的概念），在足夠大的確定的空間內，處于任何一種運動狀態的電磁力子數量不變（主要是指質心運動速度的大小和方向以及自旋角動量的大小和方向）。無序空間是指在足夠大的空間內，電磁力子的動量之和為0，角動量之和為0，單位體積內的電磁力子的能量之和為恒量（把質心動能和轉動動能相加），電磁力子速率分布規律不變，電磁力子自旋角速度的大小的分布規律不變。這粒額外的電磁力子對于其周圍的電磁力子產生什么影響？首先，這粒速度為V1，角速度為ω1，的電磁力子和周圍的電磁力子（尤其是右邊的）發生一系列的碰撞，對其周圍的空間發生擾動；其次，周圍的電磁力子受擾動后又對更大范圍電磁力子產生碰撞，造成更大范圍的擾動。但是這種擾動是逐漸減弱的，直到消失為止。就在這種擾動消失的位置，可把這些位置坐標連結成一個封閉曲面S，也就是說，這里發生的擾動是有一定范圍的，有一定的邊界S，這邊界S（封閉曲面）所圍成的體積V是確定的，而且體積V的這間是很小的。從O點到邊界S的最長距離為R1，我把它稱為擾動半徑。擾動半徑R1會因“外來”電磁力子的能量大小有所不同。其實邊界S外的空間里的電磁力子間也進行著激烈的碰撞，只是這些碰撞沒有因為這?！邦~外”的電磁力子（V1，ω1）的經過而發生改變，也就是說，這?！邦~外”的電磁力子的經過對邊界S外的電磁力子的運動狀況沒有影響。

我們知道，電磁波經過的空間在傳播電磁波后，這個空間很快就“平靜”下來重新回到原來的無序狀態；也就是說，電磁波對這空間產生的擾動很快地消失了。根據空間里的電磁力子很快恢復“平靜”性質，我們可以把S所包圍的電磁力子看作一個整體，這樣我們就可以列出以下碰撞方程組（以O點為極點，X軸方向為極軸建立一個極坐標系）。

其中m是電磁力子的質量，V1是“額外”電磁力子的速度，n是封閉曲面S內處于動態平衡時的電磁力子數量，Vi是閉合曲面S內其中一個電磁力子的速度,Vi＇是碰撞擾動后曲面S內其中一個電磁力子的速度，V1＇是碰撞擾動后（即曲面S內的空間恢復“平靜”后），閉合曲面S里釋放出的一?！邦~外”的電磁力子的速度，J是電磁力子的轉動慣量，ri是對應于速度為Vi的電磁力子的矢徑，ωi是對應于速度Vi的電磁力子的自旋角速度矢量，ri＇是對應于速度為Vi＇的電磁力子的矢徑，ωi＇是對應于速度為Vi＇的電磁力子的角速度矢量，ω1＇是對應于速度V1＇的電磁力子的角速度矢量。n在擾動前后保持不變。

方程①根據動量守恒定律，方程②根據能量守恒定律得出，方程③是根據角動量守恒定律得出。由于閉合曲面S內的電磁力子的運動狀態在碰撞擾動前后保持不變（但擾動過程中發生變化），在碰撞擾動前后，閉合曲面S內的電磁力子數量保持不變；也就是：

所以根據方程組（I），我們可以得出 V1＇ =V1，ω1＇=ω1,這個結論有重要的意義：當外界的一粒電磁力子（如狀態為：V1，ω1)對一個“平靜”的空間發生碰撞擾動時，無論一系列的碰撞多么復雜，直到這個空間釋放一粒相同運動狀態（狀態為V1，ω1）的電磁力子后，這個受擾動的空間就可以恢復“平靜”（回到受擾動前的狀態）。這個狀態為（V1，ω1）的電磁力子好像是沿直接穿過這個空間一樣，但實際上，釋放出來的狀態為（V1，ω1）的電磁力子不一定是原來的那粒電磁力子，只是它們的運動狀態相同而已。在閉合曲面S內，原來的那粒電磁力子在碰撞過程中運動狀態發生改變。釋放出來的電磁力子狀態為（V1，ω1）又對相鄰的有限空間作碰撞擾動，同理，這有限空間最后也會釋放出運動狀態相同的電磁力子（V1，ω1）， 這樣不斷地重復進行下去，就形成了電磁波的傳播了。連結釋放出來的電磁力子狀態為（V1，ω1）通過邊界時和邊界曲面的交點（圖一的A點就是這樣的交點），會得到一條直線，所以我們以足夠大的空間觀察電磁波的傳播時，會認為它是沿直線傳播的，當然，當發生衍射時，就顯得不是直線傳播了。我們觀察磁波時，并不能看到某一粒電磁力子所產生的信號，而是大量電磁力子所產生的信號。

假設有k個“額外”的電磁力子在“真空”中傳播時，我們可以看出有k個方程組（I）的疊加，這樣就可以使這k個“額外”的電磁力子在“真空”中傳播，形成電磁波。

4 施溫格效應也證明了“真空”中有大量的電磁力子存在

在施溫格效應[3-4]中，在超強場的“真空”中產生正負電子對，正負電子這些物質不能憑空產生，組成正負電子的物質只能來自“真空”中的物質，這種物質就是電磁力子。當正負電子相撞湮滅而產生光波，正負電子里的物質重新又分解成電磁力子。在整從此施溫格效應的過程中，我們只測量到電磁場、電磁波、正負電子。我認為過程是這樣的：在超強場中的“真空”中的電磁力子呈有規律化分布（即建立一個極坐標系后單位體積內電磁力子的角動量之和不為0）或有規律運動，當極高自旋角速度而又極低質心運動速度的電磁力子聚集在一起（即電磁力子間距極?。┚腿菀桩a生正負電子對。當正負電子相撞湮滅并產生光波，極高自轉動能的電磁力子將部分轉動動能量轉移到電磁力子的質心運動動能，這過程中電子里的電磁力子分崩離析，電磁力子間的距離迅速拉大。從電子里分離出來的較高自轉動能和質心運動能的電磁力子對周圍的電磁力子形成沖擊產生光波，這就是質量虧損而產生巨大能量的實質，其實，能量早已隱藏在組成物質的電磁力子極高的自轉動能上，因而無須相對論的E=△mc2來解釋，這公式用來做經驗公式倒也無妨。

從施溫格效應中可以看出，電磁力子是組成物質的基本粒子，電子質量是電磁力子質量的整數倍。

5 光電效應也說明電磁力子的存在

大家都知道光電效應[5-8]說明光具有粒子性，光電效應的方程是：Ek=hν-w0。

（h為普朗克常數，ν為入射光的頻率，Ek為被發射的電子動能，hν為一份光量子的能量。在我看來,一份光量子的能量遠大于一個電磁力子所具備的動能(包括轉動動能和質心運動動能)我們之所以在量子力學中常用hν作為一份量子能量，是因為這個量級的能量可令電子發生能級躍遷而可被測量而已。人們在光電效應所說的電子吸收了光量子的能量hν。那我要問，怎樣吸收？我想人們難以回答。我認為，這個吸收過程就是一群電磁力子和電子發生碰撞而發生了動能的轉移。把光電效應的方程改為：

k為參與碰撞的電磁力子數量，m為電磁力子質量，J為電磁力子的轉動慣量，Vi為電磁力子碰撞前速度，Vi＇為對應電磁力子碰撞后的速度，ωi為電磁力子碰撞前的自轉角速度，ωi＇為對應電磁力子和電子碰撞后的角速度。

這就表明只有“真空”中存在電磁力子才能很好地解釋光電子吸收動能量的細節，否則難以解釋。

6 脈沖量的制動效應也說明“真空”有電磁力子存在

人類已發現多顆脈沖量，發現脈沖量普遍具有制動現象[7-15]，即脈沖量自轉速度越來越慢，通過觀察，以脈沖量的自轉周期來計時，數千萬年才慢1秒（當然不同的脈沖量數據不一樣），而且脈沖量表面的線速度很高，有些達到亞光速，所以脈沖量轉速的減慢是由于“真空”中電磁力子對高速轉動的脈沖量表面產生的阻力。所以，脈沖量的制動效應說明“真空”不空，彌漫著大量的電磁力子。

7 微觀粒子的運動狀況也證明“真空”中有大量電磁力子

我們都知道微觀粒子的運動存在不確定性，這種不確定性的根本原因是“真空”中彌漫著電磁力子，微觀粒子和電磁力子發生碰撞，從而交換動能和動量。原子核外“電子云”就是這種現象之一。

8 結論

綜上所述以及對大量的微觀世界粒子運動狀態的觀測，說明“真空”彌漫大量的構成物質基礎的基本粒子——電磁力子。正是基于“真空”存在大量的電磁力子，電磁波才得以傳播。