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微观粒子波粒二象性的物理本质 ——剖析光子的静止质量与不等于零的实验结果 （作者：夏烆光， 江 欣） 【提 要】：本文从普朗克长度和普朗克时间的定义出发，用《广义时空相对论》给出的光子静止质量计算公式，并结合多位物理学家的实验结果，系统地讨论了光子的静止质量，以及静止质量不等于零的物理意义；进而指出了量子力学波函数的叠加原理与微观粒子波粒二象性的物理本质。坦率地说，这些学术观点对于正确认识狭义相对论、量子力学态的叠加原理与波粒二象性的物理本质，具有重要的学术价值。 【关键词】：普朗克长度 普朗克时间 波粒二象性 广义时空相对论 狭义相对论 光子的静止质量 质量单 元 康普顿波长 机率波动频率 态的叠加原理 引 言 普朗克质量的意义大约是一个史瓦西半径等同于康普顿波长的黑洞所的质量。这黑洞的半径是普朗克长度。要测量一个物体的位置，的。如果位置测，必须更短波长的光子光子的能量更高。如果能量高到一程度，它们撞到物体时产生黑洞。这个黑洞可以“吞噬”光子而实验失败。通过量纲分析计算发现当测量物体位置的精度达到普朗克长度以下，便会发生上述问题。涉及到广义相对论量子力学海森堡原理即是说我们无法对位置做出比普朗克长度还要小精确测量。在广义相对论引力理论中，若在时间短于普朗克时间、小于普朗克，传统间。在普朗克长度的范围，重力展现量子效应。出为厘米普朗克时间秒。，………………………………………………（1） 普朗克空间。同样的道理，可观测事件所占据的最小空间尺度定义为普朗克长度。如果一个可观测事件的空间尺度小于这个普朗克长度时，这个事件也是不可观测的。普朗克长度表示为 ，……………………………………………（2） 以上概念表明：在微观领域中，物理空间和物理时间，以及能量本身的不连续特征。广义相对论和它的引力理论则认为，一个普朗克长度就是一个普朗克质量坍缩成一个“微型黑洞”时的空间尺度。——不管这种观点是否正确？在微观领域中，物理空间和物理时间都是不连续的这一点，是一个基本的物理事实。 3、光子的极限速度和极限加速度。用普朗克空间除以普朗克时间就是光速（），即 ，…………（3） 因为普朗克空间和普朗克时间是固定的，所以二者的比值（光速）必然是恒定的。但是，由于光子的加速度是量子化的，所以从微观上看，在普朗克空间和普朗克时间的限制下，光子在传播的过程中，其速度和加速度都必然地表现为从，如此不停地、间断地、脉冲式地振荡前进。这样，只有这样，才会有光的“加速度”这一物理概念存在（参见【3】）。否则，如果坚持认为光速是恒定的，那就根本没有“光的加速度”这个概念。正因为微观领域中的物理空间和物理时间都是量子化的，所以光的“加速度”也必然是量子化的，并可以写成 ，…………………（4） 不难想象，既然光子存在着加速度的概念，这就表明光子在传播的过程中，必定是跳跃式的、一步一步地向前迈进。每跳跃“一步”，就是光子的一个脉冲波动的“波长”。不过，这个波长并不是我们日常经验中所见到的横向振动的光波所具有的波长，而是一种脉冲前进的“步幅”。这里，问题的关键在于：小于一个普朗克长度的空间和时间尺度都已经不存在。因此，我们可以把普朗克长度定义为光子随机波动的“机率波的波长”。自然，光速与这个“波长”之间的比值，就是光子跳跃式前进时的脉冲振荡频率。 在量子力学中，基于哥本哈根学派的正统解释，波函数是一种单纯的机率波动。它的绝对值的平方代表着一个粒子态在指定位置出现的几率。所以我们把这种脉冲振荡频率定义为“机率波动频率”。 机率波动是一种非定域的物理理论。机率波动的存在，说明在量子力学领域中，我们不能确定某时刻在位置落位置附近的几率机率，……………（5） 须指出，这个振荡频率不同于德布罗意波的频率。德布罗意波的频率是微观粒子在均匀引力场中公转振动频率，即 ， ………………………………………………………………（6） 其中，是德布罗意波的波长。根据广义时空相对论质能关系式给出的德布罗意波物质波的频率 ，…………………………………………………………………（7） 故有。——这是广义时空相对论与狭义相对论在质能关系式上存在差别的原因。 因为光速是物质运动的极限速度，所以上面求出的机率波动频率，应该是一切微观粒子机率波动的极限频率。任何其它微观粒子，其机率波动频率都不可能超过这个数值。——在现代物理学中，这是一个新导出来的物理常数。乍看起来，光子存在着加速度的观点，似乎同光速不变原理发生了根本对立。不过，上述计算结果表明，光子跳跃式前进的机率波动的频率非常之高。所以，从宏观上看，光的运动速度依然是均匀而又恒定的；而从微观上看，却是完全符合逻辑的。这里必须指出，光子的机率波动频率，并不是光波的横向振动频率。光波的横向振动频率乃是“波包”公转振动的频率（参见【4】和后面的第9节）。 5、光子