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博文

Maxwell的重要贡献,光压迷雾及光与普通物质相互作用的一个普遍规律

已有 1389 次阅读 2021-6-24 03:09 |个人分类:经典光学与量子光学|系统分类:论文交流

管克英

北京交通大学,理学院数学系

Email: keying.guan@gmail.com

 

摘要:Maxwell 1873 年的一个关于太阳光压问题的计算思路其实有重要意义,当时却将计算结果错误地解读为光压。作者证明 Maxwell-Bartoli 公式定义的所谓辐射压强根本不是力学的压强,由此造成了物理学的量纲混乱,负面影响至今。 除此,根据狭义相对论、电磁辐射理论,光的量子理论证明如下的规律:当光(电磁辐射)照射到普通物质(非零静质量)时,入射光与被照物质两者立即同时发生某种物态变化,变化成几个分开的独立物质,共同分享入射光的能量与动量。

 

I  背景

作者从今年4月初,通过对光的杨氏双狭缝干涉实验、光的反射与“漫反射”,逐渐过渡到“太阳帆”引起的光压等问题系列讨论。光压讨论阶段,发现在光压流行的理论、实验及对实验的解释方面都存在严重问题。作者发现十九世纪从 Maxwell 建立电磁波动方程以来,领军的物理学家根据不同考虑分别给出不同的光压表达式与实验。但从现在被普遍认可的 Maxwell-Bartoli 公式表示的压强看,由于公式中存在一个分母,即光速,由此带来一系列混乱。为澄清此问题,作者通过溯源找到该公式的出处,发现该公式并没有合理的推导,找到了Maxwell 和 Bartoli 估算所谓太阳辐射压的错误思路。探索过程中,作者还发现了电磁辐射与有非零静质量物质相互作用的一个普遍规律,该规律可以很好地解释一系列电磁辐射与普通物质相互作用时的现象。

 

II   Maxwell-Bartoli 压强不是真正的辐射压

如果将光束或电磁辐射看成是流动的物质,那么这种物质与普通物质的主要区别就是它没有静止质量,普通物质则有。这就决定了电磁辐射照射到普通物质时的作用与普通物质之间的作用存在本质性的差异。

那么光对普通物质的作用会不会产生压力呢?。其实这是个老话题,早在1619 年德国著名天文学家 Johannes Kepler 就设想,彗星的尾巴就是太阳光的压力造成的。此后许多著名学者都参与了研究与讨论。

电磁场理论在19世纪中后期逐渐成熟,英国(苏格兰)伟大的数学物理学家 James Clerk Maxwell 于1865年建立了电磁场运动方程[1]并且推导出电磁辐射的能量密度的表达式等,使得电磁辐射被看成实际的物质的理论基础。他在1873年根据电磁学原理指出[2],[3],如果光是一种电磁现象那么压力就应该由光束的吸收或反射产生。 在讨论了所涉及的方程之后,他说“因此,在传播波的传播介质中,沿与波垂直的方向的压强,数值上等于单位体积能量对应的压力。”    Maxwell 还计算了太阳在被照亮的地球表面上施加的压力做,并加了如下的叙述:

  通过电灯的集中光线可能会获得更大的辐射能量。这样的光线落在细小的金属盘上,细微地悬浮在真空中,可能会产生可观察到的机械效果。

可是根据一系列线索得知他算出的太阳辐射压强非常小。为找出原因,作者搜寻了他的原著。可惜至今没有找到他的1873年英文原著[2],幸好找到该著作的1884年德文版[3],从而了解看到了他的计算过程与思路。这一部分的德文如下:

§793.  Nimmt man an, dass kraftiges Sonnenlicht an einem Quadratmeter in der Secunde 124,1 Kilogrammeter Energie entwickelt, so warden in einem Kubikmeter Sonnenstrahlen 124/300000000 oder 0,00000041 Kilo-grammeter Energie enthalten sein. Hiernach wtirde der mittlere Druck, den eine zur Fortpflanzungsrichtung der Sonnenstrahlen senkrechte Flache pro Quadratmeter erleidet, 0,00000041 Kilogrammeter betragen. 

英语译文为

§793. Assuming that powerful sunlight develops 124.1 kilograms of energy in one square meter per second, one cubic meter of sun rays would contain 124/300000000 or 0.00000041 kilograms of energy. According to this, the mean pressure per square meter that a surface perpendicular to the direction of propagation of the sun's rays suffers would be 0.00000041 kilograms.

译成中文的意思为,

第 793 条。 假设强烈的阳光在一平方米每秒内产生 124.1 公斤的能量,一立方米的太阳光线将包含 124/300000000 或 0.00000041 公斤的能量。 据此,垂直于太阳光线传播方向的表面每平方米所承受的平均压力为 0.00000041 公斤。

根据该段的表述 阳光每秒在一平方米内产生 124.1 公斤的能量 可以推断这个值应该是用热的机械功当量算出的,但在量纲上表述稍有缺陷。124.1公斤的能量用现在的量纲应该是 力(= 124.1 公斤重)乘以单位速度 m/s (每秒 1 ),

                                                 总能量 = 124.1公斤(重)╳ m/s 

注:这个值恰恰与作者在不久前的博文<地面上标准太阳光压是1310帕--再论”光压“>

http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=553379&do=blog&id=1286877

中的表达式 (3)一致(注意1千克重的力等于9.8达因为使概念更清楚,以后将这类由电磁辐射能换算出的的压强称作“当量压强”

可是,Maxwell 将当量压强除以纯数量 3亿得到

并将此量解读成光压,无论怎么想都会发现这是没有道理的。

由于每秒通过每平方米的光所占的体积是三亿立方米,Maxwell 实际算出的是这部分光能量密度的当量压强。如果将这部分能量全部转化到物质表面,那么这部分能量仅是在三亿分之一秒内提供的,每秒提供给的总能量是这个量的三亿倍。

如果 Maxwell 的本意是将那个总能量除以光速 300,000,000 m/s,这的确有重要物理意义。 基于相对论与量子力学可将这个量解读为电磁辐射每秒作用到每平方米表面的动量。可惜当时还没有爱因斯坦给出的能量普遍表达式 E = Mc2,Maxwell 是不可能认识到这一点的。

更可悲的是:1876 年,意大利物理学家, Adolfo Bartoli独立于 Maxwell 从热力学角度思考辐射压力的存在。 他认为,物体的辐射温度可以通过移动镜子反射它的光来升高,因此可以将能量从较冷的物体传输到较热的物体,为了避免违反热力学第二定律,光必须对镜子施加压力。他给出一种辐射压力公式[4]

(1)

其中 E 被解释成热的机械当量(原意大利文为  l'equivalente meccanico del calore,译成英语为 the  mechanical equivalent of heat), Q 是表示一平方米的辐射照射的表面在一秒钟内接收的热量,v 是光速。

由于公式(1)存在分母光速 v,所以类似于 Maxwell,大大稀释了热量或正式的光压。为看清 Bartoli 的论证过程,作者通过 Google 找到 Bartoli 发表的原文[4]主要4页(195页-198页)不很清楚的复印件,通过 Google 翻译成英语,最终发现 Bartoli 并没有给出该公式的数学证明,(1)  式只能理解为他自己想象的一个命题。

公式(1)所用的符号不是现代人们所熟悉的。1901年俄罗斯物理学家 Peter Lebedew在其著名论文 [5]中不加证明地将 (1) 式改写成现在更容易理解的形式

   (1')

其中 E单位时间通过单位面积的总能量V 是光速, image.png 为反射系数。 Lebedew 在他的论文中指出此压力很小,由于他认可Maxwell 和 Bartoli 对太阳光光压的计算值,所以将压强 (1') 称作 “Maxwell-Bartoli" 压力。

如果认为 (1‘)是正确的,那么当被照射物体是绝对黑体时,反射系数等于零时。 (1’)式则简化为

(1'.1)

上述公式被许多学者当作光压很小的理论依据。

下面给出 (1'.1) 的现代形式,研究一下该式的荒谬之处。

按照前苏联著名物理学家 L. Landau 等所使用的现代的表示法[6],先将光速改成现代的记法 c,(1)式中的 E 相当于电磁辐射的的能量密度 W,即

其中的 EH 分别是电场强度与磁场强度(也有不少现代著作用 u 表示 W), 英国物理学家 John Henri Poynting 导出的 Poynting 矢量则是

它表示单位时间通过单位面积的总能量,而且根据 Poynting 导出的电磁辐射中的能量守恒律,

  (2)


于是 (1'.1) 式的现代形式为

 (3)

根据狭义相对论,电磁辐射这种物质没有静止质量,上述电磁辐射的总能量仍然可以表示为

(4)

其中 M 应理解为这部分光的运动质量,那么这部分物质的动量则是

 (5)

由 (3)和(5)式,即可发现出如下荒谬的等式

      (!)

由此可知,所谓的 Maxwell-Bartoli 压力根本不是压强,而是电磁辐每秒传送到每平方米表面的动量,即动量流密度。

更为严重的是,由于荒谬的 (!)式,使众多著名的物理专著,物理教材都受到影响,将压强与动量混为一谈,甚至将两者使用同一个字母 p 表示,对物理学研究和教育带来严重问题!

这里作者强烈建议物理学界认真严肃对待本文发现的这个问题

作者将上面的 (!)式称为“光压迷雾”。

注:作者也希望读者及科学网的有关专家将此文转送给国内外有影响的物理学家(包括那些相关教材与专著的作者),由他们判断和处理。他们一般无暇阅读科学网的博文。



III  光与普通物质相互作用的一个普遍规律

前面的论述中提到将热能转换成当量机械能及当量机械压力。其实19世纪,法国的物理学家,Nicolas Léonard Sadi Carnot  (尼古拉.卡诺),Benoît Paul émile Clapeyron (埃米尔.克拉佩龙)的研究和进一步发展成的热力学第二定律表明:这个热当量机械能,机械压力或压强在实践中是不可能实现的,蒸汽机就是个例子。

进一步研究会发现若将光能转换成当量机械能或当量机械压强,实现时会进一步受到理论限制,不可能全部转换成一个普通完整物体的机械能。

研究一个基本模型。假射一个频率为 image.png的光子沿 x 轴直接射到 x 轴上一个孤立静止的纯黑体质点 q , 质点 q 静质量为 mq 。 由于该质点是绝对黑体,它将吸收了光子并接收了光子的全部能量与冲量。此时如果不产生其他物质,那么质点 q 只能沿 x 轴开始运动,否则会违反动量守恒。根据能量守恒应有

  (6)

动量守恒则为

   (7)

其中 image.png是吸收光子后质点 q 沿 x 轴的速度。由于

    (8)

所以

 (9)

不难看到,对任何合理的速度  image.png (在零到光速之间),(9)式都不可能成立。

如果吸收入射的光子后,质点 q 是否可能变质成为另一个静质量为 mq的质点 q' 呢?若真如此, (6),(7)和(9) 式就该分别写成

  (6’)


     (7’)

  (9‘)

可以看到,无论新质点 q' 以任何合理的速度 v’ 运动,(9‘)式也不可能成立。

剩下的可能性只能是: 当静止的质点 q 吸收入射光子后必然分裂,形成多体,共同分享入射光子的能量与动量,而且多体中的任何一个都不可能是入射的原光子,其中有些可能是频率小于入射频率的新光子。因此入射的光子与质点 相互作用后被照射物体的物态必须发生根本性的变化。Compton 散射,光电效应都是这方面的例子。

如果质点 开始时是沿 x 轴匀速运动着的,这时可以将坐标系换到与其一起运动的参照系,只是需要将入射光子的频率与波长做对应的 Lorentz 变换。这种情况下,质点 吸收入射光子后,仍会产生几个不同的物质。

由于普通物质一般都是由非零静质量的基本粒子组成,光束则由光子集合组成,所以上述结论可一般化,即

光射向一个非零静质量的物体时,不可能像纯黑色刚体将吸收的光能量与动量全部转化成自己的能量与动量。更具体些就是:

当光照射到普通物质时,入射光和被照物质两者立即同时发生某种物态变化,1) 变化的能量和动量总和等同于入射光的能量和动能; 2)变化后至少有两个以上的物质(其中一个可能是原物质); 3)变化具有多样性。


这也意味着:


当光照射到某物体表面时,测量到的实际光压一定小于当量光压。


根据该规律,被照物体生成的几部分物质中很大可能就是新的光,形成了物质的 “漫反射”,成为人类能看到物质世界的基础。光可引起物质的化学变化,强激光可以破碎或引燃、熔化某些坚硬物质,甚至植物的光合作用也是这一规律的体现。


IV  光压的测量历史

1873年,英国的著名化学家、物理学家, William Crookes 在研究红外辐射和元素铊时开发了一种特殊的辐射计 (Crookes' Radiometer)[8]。它由四个叶片组成,每个叶片的一侧呈黑色,另一侧呈银色。它们安装在转子的臂上,转子的臂在垂直支撑上保持平衡,以使其转动时摩擦很小。该结构装在一个透明的玻璃腔内,玻璃腔已抽到很高的真空度,但不是完美的真空度。

当阳光落在辐射计时,叶片转动,黑色表面显然被光推开。Crookes 起初认为,这表明黑色叶片上的光辐射压力正在使叶片转向,就像水磨房中的水一样。James Clerk Maxwell 引用了他报告该设备的论文,接受了 Crookes 的解释 。Maxwell 似乎很高兴看到他的电磁学理论预言了辐射压力的影响。

1877 年利用该辐射计,F. Zöllner 测出的光压有时比 (1) 或 (1’)预估的大 100,000 倍[9]。 

可是不久学术界又对该辐射计是否反映了光压产生了怀疑。一方面当时大多数学者都认为光照射到金属全反射镜面时,镜面所受的光压是照射到黑色表面的两倍,叶片一定向镜面方向旋转,而辐射计的实验结果恰恰相反(作者在前几篇的博文中已指出这恰恰符合能量守恒与动量守恒定律)。另一方面,根据 Maxwell-Bartoli 公式的计算结果,普遍认为太阳的辐射压非常小,不足以支持辐射计中叶片的明显转动。还有令当时人们不满的是,在高真空时,叶片的转动不稳定,受环境影响很大。学术界至今都对该辐射计是否测到了光压存有怀疑和争执。

那个时代,电磁辐射的理论尚不完整,还没有建立现代的相对论与量子力学。人们舍去了用真正光压的直接解释,却设法用其它方式解释辐射计叶片转动现象。由于当时只能根据已知的热力学,流体力学及经典统计力学提出种种生硬解释,所以这些解释的绝大多数并没有被当时的物理学家所接受,例如,Maxwell 当时只认为对流体力学做出过重大贡献的爱尔兰科学家 Osborne Reynolds  的解释有道理,但也批评了他的数学处理方式[10],[11]

作者认为那个时代对 Crookes 辐射计的解释都不能采纳。原因很简单,它们都建立在对 F. Zöllner 测出的光压的错误理解,以及对公式(1)或(1‘)的错误认知上 。事实上在现代热学、统计物理或空气动力学的主要著作中没有见到过任何这类解释Crookes 辐射计的理论或数学模型。

1901年 P. Lebedew 及美国物理学家  E. F. Nichols 和 G. F. Hull 分别做了类似的光压测量实验[12]

作者注意到 [5] 和 [12] 的两篇论文都对 “光压” 概念与理论的发展历史(截止到 1903年)做了很好而且类似的介绍。特别文 [12] 还对 Lebedew 的实验做了介绍与评价,由于其重要性,特译成中文如下(注意引文中提到的作者理所当然地是该文的作者):


早在1619年,开普勒就宣布了他的信念,即彗星尾部细碎物质受到太阳的排斥是由于光的向外压力。关于光的微粒理论,牛顿认为开普勒的想法足够合理,但他认为这种现象类似于我们自己的大气中烟雾的上升。在18世纪上半叶,DeMairanDuFay进行了精心设计的实验,以在实验室测试这种光理论的压力,但是由于测量中所用照明物体周围气体的干扰作用,他们完全感到困惑和自相矛盾。结果。在同一世纪后期,A. Bennet牧师进行了进一步的实验,但他发现,没有排斥力不可归结到被光照物体周围气体的对流,按照他的意见这是光的热效应。他发现由于没有辐射压力,他提出了以下独特的建议来支持光的波动理论:

《显(或敏感的)热和光也许不是由细小颗粒的流或直线投射引起的,而是由普遍扩散的热量或热或光的物质引起的振动引起的。 我认为现代发现,特别是电力的发现,支持后一种假设。》

同时,欧拉 接受开普勒的理念,将彗星尾巴现象归因为光压,并加速了对波浪理论的支持, 理论上纵向波运动可能会在传播方向对被照物体产生压力。 1825年,菲涅耳做了一系列实验,但得不出比观测到的排斥力和吸引力既不是来自磁源也不是来自电源更明确的结论。

1873年克鲁克斯(Crookes)相信,他在新发明的辐射计中发现了真正的辐射压力,并谨慎地建议他的实验可能与流行的光本性理论有关。 克鲁克斯(Crookes)后来的实验和佐尔纳(Zöllner)对辐射斥力的测量结果表明,在某些情况下,辐射力比暂时与之混淆的光压力大100,000倍。 佐尔纳(Zöllner)的实验是有史以来在这个领域中尝试过的最巧妙的实验之一,而他却错过了仅在最窄范围内真正的辐射压力实验发现。 Graetz给出了整个放射学文献的出色参考书目包含了Crookes做的上面未提到的一些较旧的实验。

辐射压力

麦克斯韦在1873年根据电磁学原理表明,如果光是一种电磁现象,那么压力就应该由光束的吸收或反射产生。 在讨论了所涉及的方程之后,他说:“因此,在传播波的介质中,在与波垂直的方向上数值上等于单位体积中的能量存在一个压力。”    麦克斯韦(Maxwell)计算了太阳在被照亮的地球表面上施加的压力,并附加上:

       通过电灯的集中光线可能会获得更大的辐射能量。 这样的光线落在细小的金属盘上,细微地悬浮在真空中,可能会产生可观察到的机械效果。

Bartoli显然独立于Maxwell,于1876年宣布第二热力学定律要求存在压力,因为其数值与Maxwell得出的数值相等。 Bartoli的推理适用于太空中所有形式的能量流,并且比Maxwell的方程式具有更广泛的应用。 Bartoli进行了精心设计的实验以验证这一理论,但与他之前所经历的一切一样,他在研究中被拒之门外,但是气体作用的复杂特征使他无法从他的实验中消除。

Bartoli的工作之后,BoltzmannGalitzineGuilaumeHeaviside,以及最近的 GoldhammerFitzgeraldLebedev和 Hull在理论上处理了这个问题。提到太阳对彗星尾巴的排斥力。辐射压力理论与负电子的已知特性相结合,最近已由Arrhenius进行了推测性应用,以解释许多宇宙和地球现象,其中可能提及以下内容:日冕,黄道光, gegenschein (本文作者不明此词的含义),彗星,空间中的彗星和陨星物质的起源,气态星云的发射,在新星Persei周围的星云中观察到的奇异变化,北极光,大气电和地磁的变化以及大气压力。 Schwarzschild根据小球形导体上的辐射压力计算出单位密度物体的尺寸,对于该尺寸,辐射压力与引力的比值将最大。

1900年国际物理学奖之前,莫斯科大学的列别捷夫教授描述了当时他所使用的用于测量光压的设备布置。 他总结了已经获得的结果,如下所示:

到目前为止,我所做的测量结果可以总结如下:经验表明,入射光束施加在吸收和反射的平面压力上,该压力在接近观察误差时等于MaxwellBartoli的计算值。

该文未提供“观测误差”的估计,也未提供其他数值数据。 不幸的是,直到他们自己的初步实验发表之后,巴黎国会的议事程序才传到作者身上,也没有暗示里贝德教授的实验方法或结果。

在与美国物理学会的初步交流中,(本文)作者在1901829日于丹佛举行的美国协会B部(Section)会议上,介绍了他们通过测量八种不同气压下的辐射压力所获得的结果。 这里可以给出辐射压力的测量方法。

在早期研究者的实验中,对辐射压力问题进行实验解决的每种方法都受到气体干扰作用的阻碍,而这种干扰不可能完全从辐射所包围的物体周围空间中消除。 由于气体分子的作用,吸引力或排斥力首先是物体与周围环境之间的温差的函数,该温差是由于物体吸收了一部分照射在其上的射线而引起的; 第二,被照明物体周围的气体压力。 在本研究中使用的特定形式的设备中,后者的功能显得非常复杂,根据作者迄今为止能够做出的任何简单假设,气体行为的某些特殊性仍然无法解释。

由于我们既不能完全消除气体,也不能在变化的条件下计算其效果,因此,剩下的唯一有希望的方法是设计观察装置和方法,以将由于气体作用引起的误差降至最低。 出于以下考虑,得出了一种在本实验中实际上完成消除气体作用的方法:

1. 接收辐射的表面(应测量其压力)应尽可能是理想的反射器。 通过减小由于吸收引起的温度升高,这将减少气体作用,同时增加辐射压力; 要求全反射的光束应施加完全吸收的相等光束的两倍压力。

2.通过研究恒定强度的光束在不同压力下被空气包围的同一表面上的作用,可以发现某些压力,其中气体作用小于其他作用。

3.该设备(某种扭力平衡器)应带有相对于旋转轴对称放置的两个表面,并且两个臂的表面在各个方面都应尽可能接近相等。 表面或叶片的构造应使在一种情况下,如果气体作用力(是否在较热的表面上吸取压力)和辐射压力具有相同的叹息,则悬架的反转应逆转气体作用并带来 两次闹剧成为对立。 以此方式,悬架的两个面上的力的平均值应至少部分地没有气体作用。

4.从本质上讲,辐射压力必须立即达到最大值,而观察结果表明,气体作用从零开始,并随着暴露时间的增加而增加,起初迅速上升,然后逐渐减慢,直至达到最大作用。 直到暴露持续了两分半到三分钟,才发现许多病例。 对于较大的气压,需要更长的暴露时间才能达到稳定的条件。 因此,可以通过弹道或半弹道测量方法进一步减小气体作用。

辐射压力的弹道观测是在96.3毫米至0.06毫米汞柱的气压下进行的。发现标准光束的平均辐射压力为1.05 X {10} ^ {-4}达因,可能的误差为6%。为了将此压力值与Maxwell-Bartoli公式                                               

给出的理论值进行比较,有必要测量光束的能量E。这是通过辐射热测量方法完成的,其中能量的测量取决于辐射热测量板的电阻。使用由此获得的能量值和o.92作为银表面的反射系数。结果发现,直接观察到的压力约为20%,低于根据Maxwell-Bartoli公式计算得出的压力。论文发表后,人们发现由于测辐射热计条的构造错误,在测量辐射热计条的电阻时出现了误差。对电阻的新估计给出了一个能量值,该能量值使压力的理论值非常接近直接测量得出的值。但是本文稍后描述的实验中采用了另一种测量能量的方法。

190111月发表的《物理学年鉴》上,莱贝德教授发表了一系列辐射压测量结果,这些结果比目前作者的早期测量结果更为多样化。他和作者用来确定压力的方法之间的主要区别在于,他使用了极薄的金属叶片,并在极低的气压下包围了气体,因此从字面上遵循了麦克斯韦的建议,而作者则使用了镀银的玻璃叶片,并在大气压下工作。经过仔细详尽地研究了气体作用的气体压力,发现对于短时间暴露的气体压力很小,可以忽略不计。根据我们对不同真空中气体作用的变化的了解,我们确信由于较高的气体作用,我们的方法在高真空中不会成功。 Lebedew教授自己的研究结果是,采用了导热系数较低的黑色叶片,这表明他消除气体扰动的成功归因于叶片的高导热系数,而不是由于使用了高真空度。

Lebedew教授对他的工作准确性的估计是,在他的最终结果中承认可能有20%的错误。 Lebedew教授的论文进行分析并与我们的初步实验进行比较,似乎表明他的偶然错误比我们的大,但通过辐射热计中未被发现的错误抵抗,我们的最终结果比理论上的距离更远。 上述研究中的任何一项都足以确定由于辐射引起的压力的存在,但据我们判断,没有一项研究提供了麦克斯韦-巴托利理论的令人满意的定量构象。

 

在此作者顺便提一下,在文[6],Lebedew 最后对他自己的实验总结如下


1.入射光束对吸收体和反射体都施加压力; 这种泛动力作用与变暖和对流现象产生的已知的二次克鲁斯力无关。

2.这些光的压力与入射的能量成正比,并且与光的颜色无关,

3.在实验误差范围内,这些光的压力与麦克斯韦和巴托利计算出的辐射的动能在数量上吻合。

因此,已经通过实验证明了麦克斯韦-巴托利光线的压缩力的存在。


作者首先提出以下值得关注之处:这两个实验的实验者由于认为他们之前的 Crookes Radiometer 光压实验数据大大超过公式 (1)预测值是错误的,为了迎合(1)的预测值,它们重新设计复杂设备做了十分复杂实验。他们的实验都具有将公式(1)先入为主的主观色彩


以上两个实验是否真测出了(1)或 (1’)表达的光压?这绝对不可能。例如,1998年由 M.W. Evens, J.P. Vigier, S. Roy, G. Hunter 编著的关于物理基础理论的重要著作 <The Enigmatic Photon: Volume 4: New Direction> [13], 该卷汇集了多篇来自领先专家的深入评论的论文。其中包括一篇由匈牙利光学专家 Pál R. MOLNáR , Tamás BORBéLY , Bulcsu FAJSZI 联合发表的关于电磁辐射压的论文[14],该论文论证了 Lebedew 证明的只是光压的比率,不是等式建议使用当代的激光和真空技术对光压进行新的测量

通过对 Lebedew 实验[6] 和 E. F. Nichols 和 G. F. Hull 的实验[9]的论文研究,本文作者认为论文 [13] 的判断是有充分道理的,更何况那个公式根本就不是光压,他们的实验只是迎合不正确的理论。在这一阶段的探索中,作者发现所认识的学者中没有人亲自见到过这类实验,也没有见到过重复此类实验的报道。

作者认为,1877年 F. Zöllner 的实验数据是朴实可靠的,它不是为迎合任何权威的公式而做的实验,而是根据辐射计的运转实际测出的。这些数据揭示了光压的存在性与数量级。该数量级远大于 Maxwell-Bartoli 公式给出的量级,同时反映了本文提出的实测光压小于当量光压的普遍规律。

不应小看 Crooks 辐射计的作用,通过进一步提高真空度,减少可能的干扰阻力,适当加大照射的强度以使其它干扰相对较小,辐射计或可用于对光压的更准确测量。

作者通过使用该辐射计的实验,发现了更多光对物质作用的现象,例如在低温,外界环境辐射较小时,辐射计的叶片在光照引起的惯性旋转停止后,又数次做右旋与左旋的摆动。这可能揭示了金属物质存在热积累的机制,热量只有积累到一定程度它才能迅速通过辐射释放掉,并促成了叶片左右旋的摆动。

另外在光照下,物质的其它物态变化也是需要更深入研究的课题。


V   结束语

正如 M.W. Evens 等联合著作 <The Enigmatic Photon> (<神秘的光子>)[13] 的介绍所述,"本卷汇集了几篇来自领先专家的深入评论论文,确立了一个事实,即电动力学绝不是一个完全理解的理论"。 

是的,神秘的光子,你有太多的秘密需要人类去探索!



参考文献:

[1]  James Clerk Maxwell, "A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field", Philosophical Transactions of the Royal Society of London 155, 459–512 (1865).

[2]  J. C. MAXWELL, A Treatise on Electricity and Magnetism (1St ed.), Vol. 2, Oxford, 1873. 

[3]  J. C. Maxwell, Lehrbuch der Elektricitiit und des Magnetismus. Deutsch von B. Weinstein, Berlin 1883. 

[4]  A. Bartoli, Ezner's Bep. d. Phys. 21. p. 198. 1884, übersetzt aus Nuovo Cimento 16. p. 195. 1883. 

[5]  P. Lebedew: Untersuchen uber die druckkrafte des Lichtes, Annalen der Physik 46, 432 (1901). 

[6]  L. D. Landau; E. M. Lifshitz (1975). The Classical Theory of Fields. Vol. 2 (4th ed.). Butterworth–Heinemann. ISBN 978-0-7506-2768-9.

[7]  Poynting, John Henry  (1884). "On the Transfer of Energy in the Electromagnetic Field". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 175: 343–361. 

[8]  Crookes, William, (1 January 1874). "On Attraction and Repulsion Resulting from Radiation". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 164: 501–527. doi:10.1098/rstl.1874.0015. S2CID 110306977..

[9]  F. Zöllner , Pogg. Ann. 160. p. 154. 1877. 

[10]  James Clerk Maxwell, On stresses in rarefied gases arising from inequalities of temperature, Royal Society Phil. Trans. (1879)

[11] Osborne Reynolds,   On certain dimensional properties of matter in the gaseous state, Royal Society Phil. Trans., Part 2, (1879)

[12] Nichols, E. F & Hull, G. F.  The pressure due to the radiation, The Astrophysical Journal, Vol.17 No.5, p.315-351 (1903)

[13]   Myron Evans , Geoffrey Hunter , Jean-Pierre Vigier , <The Enigmatic Photon: Volume 4: New Directions>,  Publisher: Kluwer Academic Publishers, SBN: 9780792348269, ISBN-10: 9780792348269 (1998)

[14] Pál R. MOLNáR & Tamás BORBéLY & Bulcsu FAJSZI, On the Pressure of Electromagnetic radiation, 该文是 [13] 中的第9个论文,第205页至218页。





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