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光子在媒介中传播它的能量保持不变,除非光子被吸收。这一论断和量子理论光子能量的说法是一致的,量子理论认为光子的能量等于hγ,其中h是普朗克常数、γ是光子的传播频率。由于h是普朗克常数,γ光子的传播频率和光子的属性有关,和传播媒介没有关系。特别说明:本文所说的光速c=3×10^8m/s,即光子在现有理论真空的传播速度。
一、分析论证光子频率不变的原因
我在《能量守恒解析光子能量的变化进一步揭示光子速度变化的原因》中论述到:光子在真空的能量应该等于mc^2,由光子的动能和弹性是能组成,即mc^2= mc^2/2+kλ^2/2。光子在真空状态下,光子的动能等于光子的弹性势能,即mc^2/2=kλ^2/2,k是光子组成的系统常数,相当于弹簧的劲度系数。光子从真空进入其它媒介的方程是:mc^2/2=mv^2/2+kΔλ^2/2——(1),其中,m是光量子的质量、v是光量子在除真空之外的速度、c是光量子在真空中的速度、k是光子组成的系统常数,相当于弹簧的劲度系数,Δλ是波长的变化量(即和在真空中波长的差值)。
同一列单色光,光子的质量是相等的不变的。光子的传播频率不变可以类比简谐振动的周期公式得到启示,简谐振动的周期公式:T=2π√(m/k),其中T是周期,m是振子的质量,k是系统自身特性的物理量,对于光子m是光子的质量,k是光子系统自身特性的物理量,相当于弹簧的劲度系数,所以同一列单色光它的周期不会因为媒介的不同而改变,周期不变,频率一定不变,这就是光子传播频率不会因为媒介不同而改变的原因。
和气体分子间的力存在引力、斥力一样,光子之间犹如存在“弹簧”可以表现为:1.引力2.斥力3.既不存在引力也不存在斥力。由于在真空传播时,光子的动能等于光子的弹性势能,所以光子之间在真空一定是存在斥力。
二、光的速度为何可以变化
由光子在真空媒介中变化方程(1)得:mc^2=mv^2+kΔλ^2——(2),计算得:v^2=c^2-kΔλ^2/m,显然v,即光子从真空进入现在已知的媒介,光子的速度必然小于光速。
当光子之间既不存在引力也不存在斥力,根据mc^2=mv^2+kΔλ^2——(2),计算得:v=√2c,也就是说,如果存在这种媒介,使光子之间既不存在引力也不存在斥力(相当于弹簧原长),光子的传播速度一定超光速,并且是光速c的根号2倍。
容易得出,当光子之间存在的是引力,也就是说,如果存在这种媒介使光子之间存在引力,方程mc^2=mv^2+kΔλ^2——(2)k前面的符号是负号,光的传播速度一定大于根号2倍的光速。
三、用光速定义空间性质的探索
我们知道,长度的基本单位米的大小是用光速定义的,空间是否也能用光速定义呢?我的回答是肯定的。能使光以光速c传播的空间定义为零空间,则能使光以小于光速c传播的空间定义为正空间、能使光以大于光速c传播的空间定义为负空间。可以说,我们现在研究的空间是正空间,零空间、负空间有待于我们去发现、去探索。我相信一定存在零空间、负空间,在不久的将来,一定能实现超光速“旅行”,探索宇宙深空的奥秘。