《光的本性》一文的问题和错误

《光的本性》一文的问题和错误

叶兴浩

浙江大学物理系，杭州(310027)

E-mail ：yxhow@

摘 要：本文对《光的本性》一文中存在的若干问题作了具体的分析。笔者发现，《光的本性》一文在概念和术语上存在一些容易引起混淆或误解的地方，其所谓的“单光子”的质量及个数、“实测里德伯常数”的大小、绕核运动的电子瞬时速度的数值等都值得商榷，其所举的几个例证也并没能说明其观点的正确性，其论证过程存在循环论证的缺点等等。当然，该论文在深入探究光量子的微观组成上还是有其积极意义的。

关键词：光的本性；光量子；里德伯常数；电子速度

中图分类号：O431

0. 引 言

2007年2月中国工程院院刊《中国工程科学》第9卷第2期上刊出了范良藻、冯劲松合作撰写的《光的本性》一文[1]

。该文围绕光的本性问题展开了一系列的讨论，提出了一些新的想法和假设，并作了相应的理论分析、数学论证和数值计算。但笔者在仔细阅读了《光的本性》一文后，发现该文在概念、论证、公式、计算等方面存在相当多的问题和错误。以下将对这些问题和错误逐一加以说明。

1. 错误的公式和数字

根据文章的意思，

第59页开头的公式（1）：()0hf h m c N m λλλ==，应为

()0hf h m c N m c λλλ==；

第60页开头的()h N mc λλ=，应为

()0h N m c λλ=；

第61页中间的151

10f s −=×"，应为 14110f s −=×"；

第61页末尾的2324k hf π=，应为

2324k hf Nc π=；

第62页中间的()11N N u c ττλ′′′=ΔΔ=−=，应为 ()1N N N u c N ττλλ′′′=ΔΔ=−=；

第63页中间的（16）式：()121R v R =−理实，应为 ()12221R v c R =−理实；

第63页末尾、第64页中间的65621.0nm，应为 6562.10nm。

2. 易混淆或误解的概念和术语

1） 在量子光学中，单光子与一个光量子是同一个概念，其能量为E hf =。论文中的

“单光子”讨论的是一个光量子内部的微观组分，相当于是光的“内部构造子”，是比光子“更深层次上的微观粒子”（如果存在的话）。因此，取名“单光子”容易引起概念上的混淆。

2） 文中大量出现的“R 实（实测里德伯常数）”、“实测光子数N ”、“电子瞬时运

动速度v ”给人的误解是：这些量好像都是实测的（列在好几个表中并注上参考文献更加深了这种误解）。实际情况是，它们都是论文作者计算出来的值，而不是实测值：

①R 实由来源于里德伯方程的公式 ()2201

11R n n λ=−实实算出； ②N 由根据h h p mc λ==及作者假设的0m Nm =得到的公式0h N m c

λ=实测算出（0m 为论文设法“寻找的单光子的质量”，参见原文第59页）；

③v 由作者假设的公式()12221R v c R =−理实算出（R 理为一般教科书上可以查到

的里德伯常数：()247-123

02 1.097373210m 4e e m R ch ππε× 理＝）。

以上概念和术语尽管会引起混淆或误解，但为了与原文进行对照分析，以下仍搬用原作者的这些表述，不过会加上引号以示出自原文。

3. 缺乏科学性的“单光子”质量及个数

前面已经指出，论文中的“单光子”是光量子的构成单元，即一个光量子由若干个“单光子”组成。论文中这样描述：“N 个单光子一头一尾，长度为()1N λ−，……以光速c 传播”（第62页）。

至于这个“单光子”的质量0m ，在冯劲松的原始文献《光子质量的实验测定》[2]

中是这样描述的：“本文对单个光子的质量进行了实验测定。实测结果表明：原子内电子释放出的电磁波,每一份hr 内含有多个光子,而不同频率,一份hr 内所含有的光子个数也不相同。红、橙、黄、绿、青、蓝、紫光谱含有的光子个数成等差数列,公差为1,红色为10个光子,紫色为16个光子,单个光子的质量为6.8668784×10-38千克。”在其《用原子的发射光谱对氢原子、氦离子、氦原子内电子的运动瞬时速度和轨道半径的实测与研究》[3]及《宇宙相对论量子力学》[4]中也只有类似的这样寥寥数语的描述，没有看到有关“单光子”质量的“实验测定”的详细具体的文字和实验图片的说明，而且，在最新版的《宇宙相对论量子力学》

中，单个光子的质量改成了“6.73640775×10-37千克”

，前后相差一个数量级。而在论文《光的本性》的表1中，范良藻先生又将其改成了“3.36820387×10-37千克”,刚好为前者一半。这说明，冯劲松可能是经由2012

c E hf h N m c λ===⋅及氢原子巴尔末线系的红色谱线

λ=656.210nm 并定其“单光子”数N 为10而计算出这个0m 来的；而范良藻知道在运动速度达到光速的情况下，“单光子”的能量应该用20m c 而不是用

2012m c 来计算。因此，没有迹象表明，这个0m 是“实测”的。

实际上，对于“单光子”的质量0m 的确定，范良藻先生在论文《光的本性》中是这样说的（第59页）：

“用不同的正整数N 按式(1)（即()0hf h m c N m c λλλ==）列表算出不同的0m 值。通过选取不同的λ值再进行同样的计算，针对不同λ值的数据，就能发现在众多0m 中有一个共同值和其相应的N 数。这个0m 的共同值就是要寻找的单光子的质量，在0m 这一不变量被确定后，由式(1)确定出不同λ值所对应的N 值。”

可见，所谓的“单光子”质量0m 是根据已有的谱线数据并假定某一谱线（例如λ=656.210nm）的光量子含有某一数量的“单光子”数（例如,7,8,9,10,11,12,N =""，最后在综合考虑其他波长的谱线的计算结果后，定其10N =）而“计算”并“寻找”和“确定”出来的。（顺便指出，论文第61页左边的数据计算中，作者又将“单光子”的质量0m 写成了3.33698×10-34克，而不是3.36820×10-34克，不知道这个值依据的是哪一个计算。）

这也表明，所谓的“单光子”的“实测数”N 也是“计算”并“确定”出来的。这也可以从论文的下述说法得到印证：“如将表3中的λ=546.29nm改换为λ=541.78nm，那么N =12.11，也随之变为12.01”（第59页）；“由于单光子这一概念的提出，使我们能在氢原子发射光谱的数据中，找出对应的光子数。我们是有幸在埋藏了近百年的数据中发现了新的规律”（第62页）。

显然，这样“确定”出来的一个光量子所含的“单光子”的个数N 及“单光子”的质量0m 明显含有人为的因素。试问：

1） 为什么要定λ=656.210nm的光量子含有的“单光子”数为10而不是100、1000或

100000000？如果定其为100000000的话，则其余波长的光量子所含有的“单光子”数不是更可以表现为整数的形式吗？

2） 如果按论文所说，一个光量子所含的“单光子”数应为整数，例如红、绿、蓝、

紫、紫外光对应的“单光子”数分别为10、13、15、16、17，那么无线电波、微

波、可见光中大量其他波长的光波等所对应的光量子中的“单光子”数能够被为

数那么少的几个整数所描述吗？（实际上，这个问题在论文的表6－9中就已经大

量地反映出来了。）

又，论文作者紧接着说（第59页）：“计算出的()N λ是正整数，就证明了光量子hf 是由()N λ个单光子组成的这一基本假定，对光子数N 出现非正整数的情况是由于λ测量的精度不够带来的误差或个别记录有错。” 实际情况完全不是如此！例如，对氢原子的巴尔末线系来说，()221121R n λ=−，