光电效应引发的思考
——无处不在的电磁波以及动态电场力

陈 毅

（中国电建 重庆 400080）

1 指出光电效应的错误解释

光电效应是在高于某特定频率的电磁波照射下，某些物质内部的电子吸收能量后弹出而形成电流的现象。众所周知，爱因斯坦对由德国物理学家赫兹发现的光电效应的解释是:当光照射到金属板上时，是因为光子与金属板上的自由电子发生碰撞，自由电子吸收能量而逸出金属板形成电流的现象。由此爱因斯坦得出结论:光也具有粒子性，光也是一种实物粒子，即光具有波粒二象性。其实爱因斯坦的解释是错误的，光只具有波的性质，是一种能量。因为光是电磁波能解释一切光学现象，现有理论无法解释杨氏双缝干涉实验暗纹中仍有光波的现象，而且许多干涉实验暗纹中都存在有光波。下面请看我的解释。

2 给出光电效应的正确解释

2.1 电场力激发自由电子

首先，光是电磁波，有电场，会对自由电子产生电场力。就是这个电场力激发自由电子逸出金属板的。其激发过程如图所示，

F代表自由电子所受光的电场力，F2是垂直于自由电子所在平面即金属板的F的矢量分解，既导致自由电子动能增加逸出金属板的力，F1是平行于自由电子所在平面即金属板的F矢量分解。

2.2 洛伦兹力激发自由电子

极少量光的能量是这样被自由电子吸收的。当自由电子进入属于光的变化磁场时，磁场对自由电子产生了洛仑兹力，洛仑兹力对自由电子做了功，加速了自由电子。同样，变化的磁场也能对自由电子产生洛仑玆力。由洛伦兹力公式F=qvb，q是自由电子的电荷量，v是自由电子的速度，b是电场强度。由于v极小，所以洛伦兹力可不考虑。

3 解释波粒二象性的错误

下面用动量守恒定律来证明波粒二象性是不成立的。假设光的传播方向为正，光子有一个初动量为正，碰撞前后，金属板始终保持相对静止，动量为零。碰撞前，光子和金属板整个系统拥有光子的初动量；碰撞后，自由电子拥有一个负的初动量，光子被自由电子吸收不见了，整个系统剩下自由电子和金属板，而整个系统却拥有了一个负的动量，碰撞前后动量不守恒。很明显，波粒二象性是不成立的。

4 动态的电磁场性质与静止的电磁场性质一样

光或电磁波的变化电场和磁场的性质与相对静止的电场和磁场的性质一样，这一点可从运动的原子核同样会吸引电子、运动的磁铁同样会吸引铁看出。即运动的电场或磁场与相对静止的电场或磁场的性质一样。同一方向上的电场、磁场相互吸引，不同方向上的电场、磁场相互排斥。

5 运用动态和静态的电磁场性质一样来解释光学现象

5.1 解释只有频率较高的电磁波才能产生光电效应

为什么光电效应的产生对光的频率有一定的要求，那是因为光的频率越高，其变化的电场强度和磁场强度越强，产生的电场力和洛仑兹力越强，对自由电子做的功越大，加速越快，更能使自由电子逸出金属板。

5.2 解释黑体辐射的现象

黑体辐射是黑体完全吸收了光，即黑体的电子和原子核所受光的电磁力对黑体的电子和原子核做功。而不是光子在黑体里面碰撞无法反射出来。如果光是一种物质，那么现实当中只发射一粒光子进入黑体几乎是做不到的。如果是一束光(许多粒光子)照进黑体里面，那么根据光的反射，总有少数或极少数的光反射出黑体，说明光不具有粒子性。

5.3 解释光速与光源的初速度无关

为什么光速与光源的初速度无关，与传播介质有关呢？因为光是能量的传播，与声音的传播一样，即声速与声源的初速度也无关，与传播介质有关。如果光是粒子，那么光速一定与光源初速度有关。

5.4 解释为什么光无法逃逸黑洞

光无法逃逸黑洞，是因为光在黑洞的强引力场介质中无法传播，就好比声音无法穿透隔音墙或隔音玻璃一样。

5.5 解释光的折射

光射入玻璃或水中发生折射现象是因为光进入不同传播介质发生折射，而这不同介质是大气引力场与玻璃引力场或水的引力场的不同。

5.6 解释光能在大气、玻璃、水中传播

光之所以能在大气、玻璃、水中传播是因为大气、玻璃、水的微观粒子分布比较均匀，其粒子与粒子之间的空间间隙比较均匀，电磁波的动态电场能很好地绕开带电粒子的电场，使之不受它们的干扰，有利于光的传播。而其他固体的微观粒子分布不均匀，有疏有密，导致粒子与粒子之间的空间间隙也不均匀，光无法绕开带电粒子的电场干扰，不利于光的传播。

5.7 解释其他光学现象

光穿越玻璃发生折射是因为进入了玻璃的均匀电场介质中，光发生发散、干涉、衍射那就是因为动态电磁场的性质与静态电磁场的性质完全一样，同一方向上的电场相互吸引，不同方向上的电场相互排斥。单缝衍射实验中间的暗纹仍有光波能证明光的波动电磁场性质与静态电磁场性质一样。

6 运用反证法证明光只具有波动性

6.1 从碰撞概率很小的角度证明

如果光具有粒子性，光电效应是因为光子与自由电子的碰撞产生的，那么光子与自由电子的碰撞概率是极其渺小的。首先假设光是一种物质，有质量，那么光子的质量极小，其体积应该也很小，而电子的体积相对于其运行的空间而言也是极小的，两者要想发生碰撞，其概率是非常非常渺小的。其次即使是因为光子很多而发生的碰撞，那么会造成光子极大的浪费，也就是说绝大部分的光子是不能被自由电子吸收的，极少数的光子与自由电子碰撞不足以使自由电子逸出金属板形成电流。而且自由电子逸出的方向与光子的运行方向是相反的，再一次证明光子碰撞自由电子使其逸出是不可能的。所以光不具有粒子性。

6.2 从电场、磁场无法与实物粒子发生碰撞的角度证明

而且如果光是一种物质，那么电场或者磁场也就是一种物质了，但是电场和磁场都无法与自由电子发生碰撞，所以光具有波粒二象性不成立。

6.3 从黑色不反光的角度证明

有一个常识，当光照射到纯黑的物体上时，光是不被反射的。如果光具有粒子性，在纯黑的物体上生碰撞而不反射是不合理的呀。

6.4 以台球为比喻证明

若光子是粒子，其碰撞可用打台球作比喻。白色球碰彩球，彩球大体一定沿白球初速度方向运动，因为动量守恒。把白球比作光子，把彩球比作自由电子，两者相碰，自由电子不可能沿光子的反方向运动。光的能量大小只与频率有关是因为变化越快能量越大，变化越慢，能量越小。

7 我的猜想

由此可见，光、电磁波是一种能量，电场和磁场也具有能量，不论其静止或运动，或者说电场和磁场是两种不同的能量存在形式。我的猜想是:电场或磁场是一种具有一定结构或规格的空间。就好比电脑软件编程一样，软件之所以能存在并运行，那是因为其具有一连串排列有序的编码，而这些编码也占据了一定的电脑存储空间。电脑里的自由空白存储空间(能存储文件或软件的空间)相当于真空，而软件所占据的电脑存储空间就相当于电场或磁场所具有的空间。同样，引力场的空间与电场或磁场的空间相似。而电子具有改变变化的电场或磁场的空间结构的能力，使变化的电场或磁场的空间与普通空间一样，而这一过程正是自由电子吸收光的能量的过程，有的自由电子逸出金属板形成电流，即产生光电效应。自由电子如此，其它的带电粒子也如此。