作者：陶東海
日期：2019.09
主題：光不是波
內容：惠更斯—菲涅耳原理、惠更斯將自己的原理錯用在光子身上、光波教學是錯誤的灌輸、光不是電磁波、光是直線傳播的能量粒子。
字數：0.36萬字
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《光是粒子不是波》
先引用一段《科普中國》詞條：《惠更斯—菲涅耳原理》。
“1678年，惠更斯完成著作《光論》（《Traitė de la Lumiere》）。1690年這本書公開發行。在這本書中他提出“惠更斯原理”：波前的每一點可以認為是產生球面次波的點波源，而以後任何時刻的波前則可看作是這些次波的包絡。
“藉著這原理，他可以給出波的直線傳播與球面傳播的定性解釋，並且推匯出反射定律與折射定律；但是他並不能解釋，為什麼當光波遇到邊緣、孔徑或狹縫時，會偏離了直線傳播，即衍射效應。惠更斯假定次波只會朝前面方向傳播，而不會朝後面方向傳播。他並沒有解釋為什麼會發生這種物理行為。惠更斯原理是一種光波動說。這假說是根據1664年羅伯特•胡克的提議。胡克本人公開批評牛頓的光微粒說。兩位大師爭吵不休，直至胡克往生。在那時期，由於艾薩克•牛頓在其它物理領域的成功，他被公認是光本質爭論的贏家。
“菲涅耳在惠更斯原理的基礎上假設這些次波會彼此發生干涉，因此惠更斯－菲涅耳原理是惠更斯原理與干涉原理的結晶。用這種觀點來描述波的傳播，可以解釋波的衍射現象。特別地，惠更斯－菲涅耳原理是建立衍射理論的基礎，並指出了衍射的實質是所有次波彼此相互干涉的結果。為了符合實驗結果，他又添加了一些關於次波的相位與波幅的假定。這些假定引匯出的預測與許多實驗觀察相符合，包括泊松光斑，也對於為什麼波只會朝前面方向傳播，而不會朝後面方向傳播這問題給出一個定量的解釋。
“1818年，菲涅耳將他的論文提交給法蘭西學術院的評委會。評委會的會員西莫恩•泊松閱讀完畢後認為，假若菲涅耳的理論成立，則將光波照射於一小塊圓形擋板，其形成的陰影的中央必會有一個亮斑，因此，他推斷這理論不正確。但是，評委會的另一位會員，弗朗索瓦•阿拉戈親自動手做這實驗，獲得的結果與預測相符合，證實菲涅耳原理正確無誤。真正最先觀察到這現象的是法國-義大利天文學者吉雅科莫•馬勞地（Giacomo Maraldi），但他於1723年獲得的研究結果在那時代並沒有得到重視。這實驗是支援光波動說的強有力的證據。這實驗與托馬斯•楊的雙縫實驗共同反駁了艾薩克•牛頓主導的光微粒說。”
能認真看完這詞條的人，表示確實是關心這方面知識的人。
我們來梳理一下，光是粒子還是波的認識過程。牛爺：光是微粒→胡克提議惠更斯要從理論上駁倒牛爺→馬勞地、阿拉戈、托馬斯•楊用實驗驗證了經菲涅耳改造後的惠更斯理論的正確性，結論：光是波→愛大爺的光電效應出場了，愛大爺：光是粒子→人們蒙了，那怎麼辦呢？波粒二象性，愛咋辦就咋辦。科學在無奈狀態下只能和稀泥。
好了，我們現在來講主題。
馬勞地、阿拉戈的衍射實驗和托馬斯•楊的雙縫干涉實驗，我在《引力》一文中用光的粒子性行為，也能給出衍射和干涉結果。所以這衍射、干涉實驗，不能證明光具有波動性，或者說，惠更斯－菲涅耳原理，不適合用在光身上。那我們的問題成變了惠更斯—菲涅耳原理指導下的弗朗索瓦•阿拉戈實驗能證明什麼的問題。
弗朗索瓦•阿拉戈實驗結果沒問題，小孔衍射許多中學課堂上都在做。問題出在1678年惠更斯著作《光論》這本書中，他提出的“惠更斯原理”不適合用在光身上。這話是不是在開玩笑，惠更斯研究光，出版了《光論》一書，書中他提出的“惠更斯原理”，卻不適合用在光身上？是的，研究光發現的原理不適合用在光身上。
胡克老先生與牛爺頂牛，非要對著幹。你說是微粒子，我偏要說是波。惠更斯是在胡克老先生的光是波，這一理念下，去研究波的傳播理論的。即惠更斯是在先有成唸的指引下，來找其理論依據的。弗朗索瓦•阿拉戈誤打誤撞，用小孔發現了光的衍射現象，他用光的粒子性證明了光的“波動性”。
下面我們來講核心：波的傳播理論——“惠更斯原理”。
惠更斯時期，光是怎樣傳播的，其路徑行為不可見，我們現在也沒有手段可見。他只能在腦海裡想像是怎樣來傳播的。一點蠟燭全屋子都亮，光是四面傳開的，既然是波，那這波一定是個球面波。這是惠更斯的第一設定。他這一設定，表示光的傳播第一步是吹個泡。具體這個泡，是一個光子吹出來的，還是一團能量吹出來，先不管它。吹完後，下一步怎麼辦，不知道。出去轉轉，從大自然中找靈感，路邊一潭水被微風吹皺。對，這就是波，水波，觀察一下，堤壩有一小缺口，水波盪到缺口處，一小部分從缺口穿過堤壩，自成波源，畫著一圈一圈的圓向外傳開去。噢，有了，有了：“波前的每一點可以認為是產生球面次波的點波源，而以後任何時刻的波前則可看作是這些次波的包絡。”
回家經多次經嚴密的推理，得出了波球面傳播理論。菲涅耳在惠更斯原理的基礎上假設這些次波會彼此發生干涉，因此“惠更斯－菲涅耳原理是惠更斯原理與干涉原理的結晶。”
好了，打住。惠更斯告訴我們光是怎麼走的：先個吹球、在一次球面各點二次吹球、在二次球面各點三次吹球、在三次球各點四次吹球、……、的方式，一步一步傳播傳開去的。我們沿著這思路往下想，光，會隨著吹球次數增加，球越吹越多，光越吹越大，大又無限量，而會將自己吹沒有了。太陽發的光，沿路吹球吹到地球，我們看到的應該是光的無數球面的某個球面上的一點，而不見光本身。太陽將是天上模糊的沒有輪廓的一亮斑。天上除了這亮斑，月亮、星星等天體，特別是星星因光所吹出來球數量會特別巨大，而引起光傳播中的發散性，使我們看不到星星的存在。沒有星空，只有一片黑。
不管惠更斯這吹球傳播光的理論怎樣的荒謬，它確實能幫助胡克老先生從理論上證明小孔衍射的存在，理論計算和弗朗索瓦•阿拉戈實驗結果一樣，中間的泊松光斑和邊沿的衍射光環都被預言到了。
問題是，這吹起來的光球是個什麼材質體，是由一粒光子吹出來的，還是由許多粒光子排上去的，還是由一丁點能量形成的一個膜？又是怎樣的機制，使膜上各點，能自我吹成球，並一層接著一層地吹下去？在弗朗索瓦•阿拉戈實驗的光環下，光是波，深入人心。具體這球怎麼吹的管它呢。沒人想過遙遠的星光，一直路吹著球光速飛到我們地球時，是怎樣的一個球中套球的巨大無比的大球球，我們又是怎樣在這大球球上看到其中一點，就知道前方有星星的？
惠更斯—菲涅耳原理，可用於有介質參與下的流體能量傳播。空氣中聲能傳播，水下振動能傳播，引力能傳播，電子振動能傳播等都適用。這些傳播，不是介質本身被傳播了，是透過介質振動來傳遞能量。介質在傳遞能量，其傳遞形式是按球面波方式向外傳播的。光本身就是能量，它的傳播不需要介質，它以點粒子方式直來直去，直接撞你身上。惠更斯—菲涅耳原理對光子不適用。
我們現在的教科書上，將光畫成一段一段的蚯蚓，在蚯蚓身上標出波峰、波谷、頻率、波長，不再用球上長球的方式來教學。惠更斯開了掛的這種想象品，讓人無法接受。這蚯蚓就是光的傳播形態嗎？不是。它只是個為了光具有不可否定的波動性，而畫出的一個符號。指著它教學，光的波峰、波谷、頻率、波長這些概念，就好理解並形象多了。真真講出來的，強行教給你的光的傳播方式，是一環扣一環的鐵鏈。將鐵鏈拉直，水平一環是電，垂直一環是磁。光是一環電一環磁，一環電一環磁，無限迴圈著，沿鐵鏈方向飛去的。從球球、蚯蚓、到鐵環，不知道以後還有沒有新的教學方法產生。總之，不管形式怎麼變，光的波動性是不能變。
通通都錯了。都錯了？光是電磁波也錯了？是的，錯了，光不是電磁波。
冬天快到了，許多人冬天愛曬太陽，邊曬太陽邊玩手機。這時，陽光灑到身上，手機收到訊號，都是光速過來的，都沒問題。是的，現在沒問題。曬熱了回屋，太陽曬不到了，坐沙發上玩手機。問題來了，身上沒陽光，手機訊號怎麼拐著彎到手機上的？請解釋一下。有訊號轉播塔轉播訊號，與陽光不一樣。這算什麼解釋，有幾個家庭在家裡能看到訊號轉播塔？看不到訊號塔，那電磁波怎樣拐著彎傳到手機上的，陽光為什麼不拐彎，不是說光也是電磁波嗎？
電磁波。手機發資訊，是手機將所發信息透過晶片編碼，將編碼資訊傳給手機內建天線，按編碼資訊的規定去振動天線裡的授控電子，使電子按規定的振動方式振盪。暗粒子接到天線電子這特定方式的碰撞，透過暗粒子兄弟們以擊鼓傳花方式的多次碰撞，傳送著這種振動。傳送的方向，是以球面波的傳遞形式四周傳遞，暗粒子的特定振動方式光速傳遞到訊號塔（訊號塔只接收到了手機發出球面波的一小部分），訊號塔放大其訊號，再以球面波方式，將訊號光速四散傳播。接收資訊的手機天線上的電子，接受到了帶有資訊的暗粒子撞擊，手機晶片解碼電子被這種特定撞擊方式所包含的資訊，再以人能看得懂的方式呈現出來，完成了一次通訊。
這個通訊過程沒有光子什麼事，也沒有電磁波什麼事。雖然工程師們無中生有地，將資訊傳遞歸功於電磁波，並對電磁波設定了許多的屬性和參量，並加以利用。這樣做沒問題，不影響通訊的原因，是暗粒子傳遞能量的方式，確實是以波動能的方式在傳播。
光子，不是波，更不是電磁波。
