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光线穿过玻璃窗的反射和折射机制解析

时间:2023-11-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:也就是说,射向窗户的光子,一部分被玻璃窗反射,另一部分通过玻璃窗并最终射出屋子。在极端情况下,如果只有一个光子,这个光子会被玻璃窗反射还是折射?影响这个光子是反射还是折射的机制是什么?随着光子的相位变化不同,对外体现出的正负以太元素的强度也不同,以至于有时光子不可以穿过玻璃表面而被反射,有时又能穿过形成折射,最终体现出来的就是反射折射的随机性。

光线穿过玻璃窗的反射和折射机制解析

在“物质以太”观念下,光子的相位状态,或者说光子中正负以太元素之间的距离,会改变光子的物理性质。

在前面的实验中,我们强调,光子中正负以太元素之间的相位状态,影响了一个偏振光子能否通过倾斜放置的偏振片。实际上,我们还可以举出一个更常见的例子,说明光子的以太相位同样会改变光子本身的物理性质。

生活中有一个常见的现象:夜晚,如果我们在开着灯的房间里望向室内的玻璃窗,会看到自己的影子,这时玻璃窗会起到镜子的作用;而室外的人也可以透过玻璃窗看到室内的情况,这时玻璃窗起到的是半透镜的作用。

也就是说,射向窗户的光子,一部分被玻璃窗反射,另一部分通过玻璃窗并最终射出屋子。这对应着光的反射与折射[5]属性。

和上一节中偏振光通过验偏方向不同的偏振片时出现的随机性一样,奇怪的“量子随机”现象又来了,那么,究竟是哪些光子在玻璃窗上发生了反射,又是哪些光子发生了折射?

在极端情况下,如果只有一个光子,这个光子会被玻璃窗反射还是折射?影响这个光子是反射还是折射的机制是什么?也就是说,这是规则明确的物理行为,还是由随机性决定?

光子为什么会被反射?这不是一个能够简单回答的问题,因为不同的背景知识会引出不同的回答。如果将这个问题细化到极微观的地步,即光子与原子、分子级别上,人们的普遍认知是原子、分子外的电子吸收了光子的能量,然后电子又将这些能量以光子的形式释放出来。

人们对折射的认知是这样:以玻璃窗为例,分析玻璃的分子结构后我们发现,玻璃中所有的电子因被分子键束缚住而不够活跃,因此,外界射过来的光子并不容易与玻璃内的电子发生作用,光波得以穿过,并使玻璃窗呈现透明状态。

需要注意的是,虽然电子不够自由,但电子仍然在原子核的外层,所以玻璃外围仍然存在微弱的负电场,在以太观念下即负以太元素活跃一些的以太海。

以往我们可以根据斯涅尔定律来研究光的折射和反射,并确定一束光中折射部分与反射部分的比例,它与入射光的偏振态、入射角、界面两侧介质的折射率这三者相关。但如果我们讨论的不是一束光而是一个光子,就只能用概率来判断这个光子是反射还是折射了。正如量子力学的常见诠释,随机性是微观世界的本质。

而在以太模型下,了解了光子内部正负以太元素的运动行为以后,我们可以不再依赖概率波来诠释这个光学随机现象,而是可以根据光子内部正负以太元素的离散程度,明确判断一个给定的光子将会被反射还是被折射。(www.xing528.com)

·如果在撞击的瞬间,光子内的正负以太元素处于完全分离的“分离态”,其中的正以太元素会更容易与玻璃中的电子发生反应,这时的光子更容易被玻璃中的电子所吸收,然后再被释放,形成反射。

·如果在撞击的瞬间,光子内的正负以太元素处于完全聚合的“聚合态”,既不体现正以太的特性又不体现负以太的特性,这个状态下的光子就很难与其他粒子发生反应,最终使得它能够穿过玻璃,形成折射。

·如果在撞击的瞬间,光子内的正负以太元素介于完全分离与完全聚合之间,就要根据其入射角度、偏振方向、光子自身能量的大小、玻璃表面的电场强度(界面两侧介质的折射率或介电常数)等来确认这个光子能否突破玻璃表面的电场,最终形成反射还是折射[6]

因此,在以太观念下,光的“反射折射随机”现象的根源在于光子内正负以太元素相位状态(离散状态)的变化。随着光子的相位变化不同,对外体现出的正负以太元素的强度也不同,以至于有时光子不可以穿过玻璃表面而被反射,有时又能穿过形成折射,最终体现出来的就是反射折射的随机性。

虽然侧重点不同,但偏振光的随机性与折射反射的随机性都来源于光子内部正负以太元素之间的相位状态,这会影响光子对外表现出的物理性质——完全聚合时光子对外的作用最小,完全分散时光子容易与外界发生物理作用,这是由光子的以太结构与以太本身的物理特性决定的。

所有这些行为都可以被经典物理所描述,而不是出于无法解释的随机作用。由此可见,如果以太假说成立,我们其实并不需要为微观物理世界专门设计一套由随机性主导的规则。

更重要的是,我们知道,以太在一百年前被“抛弃”并不是因为被证伪,而是因为它的“冗余”,当时的物理研究者认为不需要以太就能解释所有物理现象。但对于前文中的三个光学实验来说,如果不假设“物质以太”的存在,我们似乎没有办法在决定论范畴内给出合理解释,只好引入随机性。在量子力学的随机性诠释下,这些现象的确可以被解释,引入随机性必然引入“不可知论”,但如果考虑“物质以太”的可能性,这一切其实是确定的,也是可知的。

所以,以太真的是一种“冗余”的概念么?

接下来我们要讨论量子论中一个著名的疑难问题,我们将看到隐藏其中的独属于以太海的物理行为,这是以往不曾被人发现的物理机制,而这可以被视为以太海存在的强证明。

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