[科普中國(guó)]-粒子模型

在對(duì)波粒二象性和基本粒子兩個(gè)概念進(jìn)行剖析的基礎(chǔ)上，根據(jù)系統(tǒng)相對(duì)論一元二態(tài)物質(zhì)觀和cn粒子模型，提出了光子、電子(中微子)、質(zhì)子(中子)、原子核、原子和分子等的組織結(jié)構(gòu)和場(chǎng)結(jié)構(gòu)的模型。

對(duì)粒子波動(dòng)性質(zhì)的考查現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為，粒子具有波粒二象性。然而，波和粒子的解釋相互不協(xié)調(diào)，粒子將其能量集中于一個(gè)小的區(qū)域內(nèi)，波的能量是均勻分布在整個(gè)波前上。對(duì)于波粒二象性的困境，自量子論誕生以來，許多物理學(xué)家和哲學(xué)家都頑強(qiáng)地拼搏過這個(gè)問題2，遺憾的是都無果而終。雖然波粒二象性已被科學(xué)界廣泛接受，但這僅是一種限于當(dāng)時(shí)科技和認(rèn)識(shí)水平而被迫妥協(xié)的結(jié)果，許多人將它視為一個(gè)權(quán)宜之計(jì)，而不是一個(gè)終極的答案。

對(duì)單粒子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的考查在物理學(xué)上，單粒子的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)被視為粒子具有波動(dòng)性的最有力證據(jù)。在該實(shí)驗(yàn)中(以光子為例)，入射光里只包含一個(gè)光子，在屏幕上光子將整體的為其上某個(gè)感光單元所接收。在底片上起初星星點(diǎn)點(diǎn)、繼而干涉條紋漸露端倪、最終呈現(xiàn)出完整的干涉圖樣。如果交替地每次擋住其中一條縫，就可以肯定每個(gè)光子通過的是另一條縫，結(jié)果是雙縫干涉條紋消失了，屏幕上顯示單縫衍射圖樣。

物理學(xué)界對(duì)上述實(shí)驗(yàn)的通常推理是：干涉條紋是兩束光相干疊加的結(jié)果，按經(jīng)典粒子的概念，一個(gè)光子只通過雙縫之一，另一個(gè)縫的存在與否，似乎對(duì)它的行蹤沒有影響。它打在屏幕上的概率怎么會(huì)受另一縫的制約？如果說下一個(gè)光子通過了另一條縫，前后兩光子在時(shí)間上相隔甚遠(yuǎn)，干涉效應(yīng)絕不可能在它們之間發(fā)生。所以，是一個(gè)光子自己和自己發(fā)生干涉，即一個(gè)光子同時(shí)通過了兩條縫。3

**1.**單光子與光束在干涉機(jī)制上的矛盾

理性比較光束和單光子的雙縫實(shí)驗(yàn)不難發(fā)現(xiàn)，一方面，前者要求光束必須為相干光3，否則不能干涉；而后者單光子之間不存在相干，也能出現(xiàn)干涉條紋。顯然這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)本身就存在無法調(diào)和的矛盾。

另一方面，前者的解釋是：通過雙縫后的不同光子之間發(fā)生干涉；而后者的解釋：是同一個(gè)光子同時(shí)通過雙縫后與自身干涉。顯然，對(duì)于同一套實(shí)驗(yàn)裝置產(chǎn)生的干涉條紋，出現(xiàn)了兩種完全不同的干涉機(jī)制。難道自然界為我們準(zhǔn)備了多套干涉方式，以供我們根據(jù)需要來任意選擇嗎？

面對(duì)上述兩種實(shí)驗(yàn)事實(shí)，我們已經(jīng)陷入干涉機(jī)制的困境。

2. 單光子雙縫干涉效應(yīng)的系統(tǒng)相對(duì)論解釋

在單光子雙縫實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置的兩縫間隔為微米級(jí)，如圖2-1所示。由于間隔的截面尺度極小，在間隔的臨界場(chǎng)中作無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的自由電子，具有圍繞“間隔”做環(huán)繞運(yùn)動(dòng)的分量。這些自由電子相互誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)，最終它們都圍繞 “間隔”作同向的環(huán)繞運(yùn)動(dòng)。這種規(guī)則的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致自由電子之間相互耦合，形成電子對(duì)或電子鏈。于是，在間隔周圍形成了一個(gè)電流磁場(chǎng)4。

在這個(gè)電流磁場(chǎng)的誘導(dǎo)作用下，縫的另一側(cè)上產(chǎn)生一個(gè)其表面原子核形成的協(xié)變磁場(chǎng)，這兩個(gè)場(chǎng)統(tǒng)稱縫隙場(chǎng)。單光子在通過任意一條縫時(shí)，在縫隙場(chǎng)的作用下發(fā)生偏向運(yùn)動(dòng)，即物理學(xué)上的衍射。

在間隔上做環(huán)繞運(yùn)動(dòng)的自由電子具有一個(gè)穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)周期T1，設(shè)T1=nτ0 ，其中n為整數(shù)，τ0為某個(gè)時(shí)間單位。一般，從光源發(fā)出的光子也具有固定的周期T2，可表示為：T2=mτ0 ，其中m為整數(shù)。那么，光源和雙縫構(gòu)成的系統(tǒng)也存在一個(gè)周期T，即：T=