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1、论光线反射的光速不变性光线以 30 万公里/秒的速度在真空里传播。当它遇到障碍物的时候，会在障碍物表面 进行反射。假如障碍物表面凹凸不平，光线就会进行漫反射；假如障碍物表面异常光滑， 光线就会进行镜面反射。拿镜面反射为例。当一束光线照射到镜面后，马上会在镜面处反 折并沿着另外一个方向反射回去。这种镜面反射符合以下几个基本规律：一是反射角等于 入射角；二是入射光线与反射光线在同一平面内 ；三是入射光线和反射光线分别位于 法线（过入射点始终垂直于镜面的虚拟直线）两侧。透过镜面反射 的这三个规律，可 以很容易使我们联想到现实中存在的 一些事例。比如一个运动 着的乒乓球碰到墙壁后 反弹的例子。乒乓球遇
2、到墙壁反弹与光线遇到镜面反射这两种现象非常相似。那么这就 很容易使我们 联想到，组成光线的光子在遇到镜面后会像乒乓球遇到墙壁一样反弹了回 来。事实真的是如此吗？众所周知，乒乓球遇到墙壁的一瞬间，球体会在墙壁的阻碍 下发生形变， 其速度会逐渐变慢 并最终趋近于零，然后 乒乓球会在恢复 形变的过程中 远离墙壁，其速度也会逐渐的增加并最终接近于撞击墙壁前 的速度。我们回过头来再 看光子。假如光子与乒乓球撞击墙壁的原理一样，那么光子会是怎样一种情形呢？首先 光子必须是圆球状，不能是椭圆状也不能是有棱角的其它物体形状。其次是光子必须有 弹性，且弹性可以恢复。再其次光子不能够有自旋，因为一旦有自旋其入射角
3、就不会等 于反射角。最后光子速度可变，光子遇到镜面后速度会逐渐变慢并趋近于零，然后在反 射中光子再从速度零逐渐恢复到光速。 针对第一点，由于光子是属于量子级别的点粒 子，其形状如何我们观察不到更不得而知，因此第一点光子是否属于球状我们无法确定。 但是假如把镜面放大到光子级别，我们就会发现镜面其实是凹凸不平的。所以光子在镜 面如乒乓球般反弹是不可能的事情。 第二点光子假如有弹性，其必然是可以继续分割的。 但由于光子属于量子级别的点粒子，量子即是不可再分的物质了。那么光子也可以看做 是不可再分的物质。那么这第二点光子 是否有弹性，我们认为 是不可能的。第三点， 光子是否有自旋呢？量子力学里已经证明
4、了微观世界的物质都存在自旋，所以光子有 自旋也是可以肯定的事情了。那么第三点也 是错误的。最后一点也就是第四点，爱因 斯坦的“相对论”里已经说明了光速是不变的，所以这一点也是错误的。那么总结上面所 说的，满足光子镜面反射与乒乓球撞墙反弹情况相同的四种条件都是错误的，那么说明了 光子镜面反射并非是与乒乓球撞墙反弹一样的情形。那么既然这两种情形不同，光子镜面 反射究竟是怎么一种情况呢？在光速保持不变的情形下，光子是如何在镜面“拐弯”的呢？在回答这个问题之前，我们先来看下自然界的一种现象。比如一辆在公路上高速行驶 的汽车。当这辆高速行驶的汽车遇到弯路时，如何做到既改变了行驶的方向而又不减速呢？ 那么
5、唯一的方式就是，高速行驶的汽车在拐弯处要驶出一道弧线。全世界所有的公路，在 拐弯处都要修成弧形而不会修成直角形便是这个道理。现在回过头来再看光线的镜面反射。 光子到达镜面后，如果既要改变方向又要保持光速不变，那么唯一可以做到的方式就是， 光子在与镜面的接触过程中必须划出一道弧线。而且这弧形要划的“恰到好处” ，即入射光 线与反射光线要具有对称性。 讲到这里我们就必须要解释一下，光子为什么在接触到镜面的时候，会产生一个弧形 的运动轨迹。要解释这个问题我们必须引入一个物理界从来不曾有过的量，而这个量我把 它称之为“旋转系统” 。 如果让我们找出宏观世界与微观世界最为相似的地方，那么我们会找哪里呢？
6、对于宏 观世界来说，比如宇宙中的太阳，我们会发现一个规律。那就是以太阳为主体的，其它星球围绕太阳旋转运行的这样一种规律。这和微观世界里的电子围绕原子进行旋转的现象几 乎相同。那么这种现象，其实就是宏观世界与微观世界最为相似的地方。宏观世界与微观 世界千差万别，在这千差万别的现象中，竟然又有如此相同的现象，则说明这种现象背后 的规律更加的客观本质且普遍存在。 那么我们可以对这种现象做出一个定义。比如太阳与地球的关系。地球围绕太阳旋转， 那么太阳与地球组成一个系统，我们称之为旋转系统。在这个旋转系统里，太阳我们称之 为主体，地球称之为旋转体。那么与此相似的可以类推。比如地球与月亮组成一个地月旋 转
7、系统。那么这时的地球就不再是旋转体，而是主体，月亮则为旋转体。原子与电子组成 的旋转系统，那么原子是主体，电子是旋转体。这样我们可以给旋转系统总结几个它本身 所具备的规律了。1、旋转系统只有一个主体，但旋转体可以有一个以上；2、旋转系统里 的旋转体可以既是旋转体又是主体。3、大的旋转系统由许多小的旋转系统组成，小的旋转 系统可以由更小的许多旋转系统组成。4、世界上任何物质都不会独立存在，它必须隶属于 某个旋转系统，要么是旋转系统里的主体或其组成部分，要么是旋转系统里的旋转体或其 组成部分。5、宇宙由大大小小的各种旋转系统组成，旋转系统的存在使宇宙形成了现如今 的外观与状态。 在了解了“旋转系统
8、”后，我们再来看另外一种现象。比如我们向月球发射卫星。当 卫星到达月球后，如果速度过慢卫星就会受月球的吸引而坠落月球表面，如果速度过快卫 星就会沿着月球划出一道弧线后远离月球而去，如果卫星速度适中那么卫星会被月球捕获 并围绕着月球做圆周运动。那么光子在靠近镜面的时候，也会和卫星靠近月球一样产生同 样的情况。只不过卫星靠近的是月球，而此时光子靠近的是光子主体（光子做为旋转体其 所围绕的对象称之为光子主体） 。这样我们再来看一下光子反射的整个过程。光子以光速飞 向镜面，在镜面遇到光子主体后，在光子主体的吸引下光子运动轨迹发生变化。此时光子 有成为光子主体的“卫星”并围绕光子主体旋转的可能。但是当光
9、子围绕着光子主体还未 旋转一周的时候，便又脱离了光子主体的束缚，并沿着镜面的另外一个方向飞出了镜面。 光子在整个运动过程中，光速始终保持不变。 在了解了光线镜面反射光速不变的情况后，我们看出并非只有镜面反射才存在这种情 况。大自然的万物在光线的反射上，都存在这种情况。只不过许多物体表面过于粗糙，使 光线反射变为了漫反射，才不易察觉与镜面反射同样的情形。为什么有些物体光线照射后， 只反射回了很少的光呢？就是因为物体产生了漫反射以及部分光子被物体表面的光子主体 彻底捕获无法再飞出物体了。 在谈完“光线反射的光速不变性”这个问题后，我们再来看另外一个问题：光速是如 何产生的？这个问题与上面的问题存在
10、着某种必然的联系，所以我们放在一起来讨论。 在漆黑的深夜，当我们打开手电筒的电门后，一束明亮的光线顺着手电筒的方向射向 远方。这时我们不免产生这样的疑问：为什么手电筒会产生光线？为什么光线会以光速前 行？当我们按动手电筒的电门时，电流会顺着导线的方向流向灯泡的钨丝。钨丝在电流的 作用下温度升高。温度的升高使组成钨丝的原子运动加剧。原子在剧烈的运动下最终产生 了光线。那么我们这时又产生了个疑问：光子的速度是否是从零开始瞬间变为光速的？如 果是这样，那么剧烈运动的原子是如何给光子提供加速的能量的？有多大的能量能够让光 子一瞬间速度变为光速？这些都是我们无法解释的，这种疑问也是难以理解的或者说根本
11、就是错误的。那么我们就需要去找一种更加真实更加可能存在的理论来解释这个问题了。 前面我们提到了旋转系统。那么由光子组成的旋转系统是什么样子的呢？在这种旋转 系统里，光子作为旋转体始终在以固定的光速围绕着光子主体做旋转运动。这种旋转系统 在万物中都存在着，任何一种物体里这种旋转系统都多的不计其数。那么现在我们再来看 钨丝发光。当电流通过钨丝的时候，钨丝因为温度上升，组成钨丝的原子开始剧烈运动。在这种剧烈的运动下，原子内部的由光子组成的旋转系统，经受不住这种剧烈的运动，从 而使旋转系统遭到破坏。被破坏后的旋转系统，其作为旋转体的光子脱离了光子主体的束 缚，以旋转时的光速沿着旋转的切线方向飞离了光子
12、主体，并飞出了原子，进而飞出了钨 丝，并不受阻碍的继续以光速飞向遥远的方向。 讲到这，我们可以看出光线的一些特性。那就是组成光线的光子始终都以光速运动。 在物体内，光子始终是以光速进行着的旋转运动，也就是说此时的光速是卷曲的。在物体 外，光子是以光速进行着的直线运动，直到遇到障碍物为止。空中光速直线飞行的光子， 遇到障碍物后，光子要么被光子主体捕获从而成为光子主体的旋转体，围绕光子主体光速 旋转；要么落入光子主体从而变为光子主体的一部分，不再是光子。由此可见，组成光线 的光子在进出物体之时，其速度并非是由零速度突然变为光速度，也不是由光速度突然就 变为零速度的，而是存在一种飞行速度不变情况下方向改变上的一种运动上的衔接。只是 这种运动上的衔接，完全存在于极微观的物理世界里。 微观世界正在发生的事情，我们根本无法直接察觉，所以只能通过合理的推断来想象 出微观世界此时正在发生的一切了。作者：金谦 E_mail:2012 年 1 月 24 日
