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光能的混乱---量子力学的第一个先天不足 2025-12-30 08:59:30

戴榕菁

1. 普朗克的黑体实验及爱因斯坦公式

1900年普朗克根据他的黑体实验提出黑体辐射出的光能与频率成正比【[1]】:

E=nhν 1

其中E是光能,n是正整数,h是普朗克常数,ν是光的频率。

1905年爱因斯坦根据(1)式提出光量子(即光子photon)的概念,并指出每个光子的能量为:

E=hν 2

从某种意义上说,爱因斯坦的光量子理论正式开启了有关量子的学说,即量子力学,他本人也因为该理论对光电效应的解释而获得1921年的诺贝尔物理学奖。与之相应地,(2)式也被称为爱因斯坦公式或爱因斯坦-普朗克公式。

2. 爱因斯坦-普朗克公式与随机红蓝移

假如具有任意引力场影响(即有着任意多个引力源)的真空中有两个做任意相对运动的物体AB中的一个物体A向物体B发出一束光并击中物体B的话,假设该束光离开物体A时的频率为ν1,而击中物体B时的频率为ν2。因为AB在真空中做任意的相对运动且一般而言具有相对加速度a,所以当该束光击中B时一般来说会发生红移或蓝移,也就是说一般而言ν1 ≠ν2

这里要注意,一般而言,上面所谓的红移或蓝移指的是对比参照系AB而言。假如AB均作云速运动,那么从参照系A来看光线的频率一直是ν1而从参照系B来看该光线的频率一直是ν2。也就是说在各自的参照系中红移或蓝移并没有发生。这里还需要额外指出一点,牛顿力学通常也假设一般引力(如太阳的引力)对光速的影响可以忽略。相对论只不过把光速不变更加一般化和绝对化,假定光速不但不受任何引力的影响而且对任意观察者都绝对不变(尽管爱因斯坦本人在他1912年的文章中还给出了计算光速随引力变化的公式)。

现在如果AB之间存在着一定的加速度的话。那么,当A是朝着B做减速运动的话,B会看到光线做红移,这时按照公式(2B会看到光线的能量在减少;而当A朝着B做加速运动的话,B会看到光线做蓝移,这时按照公式(2B会看到光线的能量在增加。

乍听起来,这似乎很合理,但是,1)加速运动并不一定需要引力作用。假设AB处于零重力的真空中,A是一只加速飞向B的火箭,B同样会看到光线离开A之后的能量不断增加,尽管光速本身并没有什么大的变化。不仅如此,此时光线已脱离了A且光速远大于A的速度,所以它已不受A的影响。这种能量变化的本身在现有的理论体系中是无法匹配的。也就是说在没有任何外力作用的前提下,该束在真空中运行的光在击中任何物体B之前其能量是不守恒的。

考虑到在自然界中存在着数不清的彼此之间由于引力或各种非引力因素造成的相互之间做着相对加速运动(不论加速度有多大)的物体,由此造成的能量的随机的增加和减少是现有的与能量有关的理论体系的一大漏洞

3. 结论

由以上的分析我们可以非常确定地说,作为量子力学的开门公式的爱因斯坦-普朗克光能公式(2)与能量守恒律之间存在着一种不和谐。。。。

产生上述不和谐的原因是(2)本身不具备运动学因素,因此当把它放到需要用到运动学分析的环境中时,便与人类现有的由运动速度决定动能及作用力决定势能的能量理论体系发生了矛盾。所以,我们这里观察到的不和谐既是量子力学的一个先天不足,更是人类现有的与能量有关的理论体系的一个缺陷!

4. 讨论

2021年初我曾指出【[2],[3],[4]】,假如自然界(当然包括人类世界)中两个在真空中做任意相对运动的物体AB中的一个物体A向物体B发出一束光并击中物体B的话,假设该束光离开物体A时的频率为ν1,而击中物体B时的频率为ν2。因为AB在真空中做任意的相对运动,所以当该束光击中B时一般来说会发生红移或蓝移,也就是说一般而言ν1 ≠ν2,也就是说在没有任何外力作用的前提下,在真空中运行的光在击中任何物体之前其能量是不守恒的。

最近因又接到Cambridge Scholar Press的邀我提交新书ProposalEmail,我就又着手将我放置了几个月的把2024年出版“When Philosophy Is Disparaged”一书扩展的工作。其间想到了要把我在2021年讨论红蓝移产生的光能异常性和我后来几年里讨论的量子力学存在的问题联系在一起,于是便有了本文。遗憾的是,在这过程中我没有对2021年的上述分析中再进行仔细检讨,从而忽视了其中所存在的问题。

但是,如最近有多名读者指出,我的2021年的分析对于单纯惯性系中的运动不成立。其原因是在两个做惯性相对运动的参照系中,上述的红蓝移并没有发生。。。。在意识到这个问题后,我对本文的最初的内容进行了修改。

5.结束语

最先指出本文所依据的2021年的分析存在漏洞的是一位名叫奥维尔的职业网军。鉴于我过去多年里对常来捣乱的各类网军的本能的反感,我没有把他的评论当回事。但是,后来在academia.edu参加一位名叫Ryan E . S . Charmley的讨论(https://www.academia.edu/s/6e6f3bd794?source=link)时,在指出他的理论的明显错误(他试图统一相对论和其它的错误理论)的时候,我说:“如果你把错误的理论进行统一怎么能指望得出正确的结果呢?”我让他去看我的讨论(https://independent.academia.edu/s/67e546bbfa?source=link),结果他去读了我的文章后指出了我的文章中的上述错误。当我看到他所说的与奥维尔所说的一样时,便意识到这里可能是有问题,然后在稍微仔细一查,果然有漏洞。于是便对本文进行了修改,加进了相对加速度这一条件

不过,这一发现也并不能完全否定本作者在2021年的分析的价值。这是一方面因为如前面提到的在自然界中存在着数不清的彼此之间由于引力或各种非引力因素造成的相互之间做着相对加速运动(不论加速度有多大)的物体,由此造成的能量的随机的增加和减少是现有的与能量有关的理论体系的一大漏洞;另一方面,更重要的是,2021年分析所揭示的问题的本质是如本文前面指出的,爱因斯坦-普朗克公式(2)与人类现有的由运动速度决定动能及作用力决定势能的能量理论体系之间存在的难以调和的数学矛盾

。。。。。。

本文标题中的“第一个”不是指我发现的量子力学理论基础的第一个问题,因为这已经不是我第一次指出量子力学理论基础所存在的漏洞(参见【[5]】),也不是指量子力学理论基础中最严重的问题,而是指人类开始用量子化的思维研究物理后的第一个缺陷。



[[1]] Wikipedia. Planck postulate. Retrieved from: https://en.wikipedia.org/wiki/Planck_postulate.  Last edited on 4 August 2024, at 12:15 (UTC).

[[2]] Dai, R. (2021) The Random Energy Loss and Creation in a Nonexpanding Universe. Retrieved from: https://www.researchgate.net/publication/350086785_The_Random_Energy_Loss_and_Creation_in_a_Nonexpanding_Universe

[3]】戴榕菁(2021能量不守恒及经典薛定谔猫?

[4]】戴榕菁(2021光的波动性导致能量不守恒及相对论的不足

[5]】戴榕菁(2025这几年我否定和推翻的物理学和数学理论

 

 


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文章评论
作者:慕容青草 回复 wpan2024 留言时间:2026-01-03 13:19:24

尽管你的评论不得要领,也尽管奥维尔的评论基本不对,但考虑到奥维尔的评论沾些边且对我的更新起到了提醒的作用,特允许你们在此畅所欲言。。。。我马上另写一文对量子力学的光能公式与能量守恒之间的矛盾这一议题做一了解

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作者:慕容青草 回复 wpan2024 留言时间:2026-01-03 13:19:07

尽管你的评论不得要领,也尽管奥维尔的评论基本不对,但考虑到奥维尔的评论沾些边且对我的更新起到了提醒的作用,特允许你们在此畅所欲言。。。。我马上另写一文对量子力学的光能公式与能量守恒之间的矛盾这一议题做一了解




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作者:wpan2024 回复 wpan2024 留言时间:2025-12-31 16:58:52
总结:?你的观察是正确的:两个不同运动状态的探测器对同一束光子测得的频率和能量确实不同。但这不违背能量守恒。光子的能量 \(E=h\nu \) 是相对的,它在不同探测器(参照系)中测量值会变。能量守恒体现在总能量-动量四向量的守恒,即光子与探测器(或整个物理系统)相互作用前后,它们总的能量-动量(\(p^{\mu }=(E/c,\vec{p})\))是不变的。光子能量的减少会补偿探测器动能/能量的改变。?所以,光子能量不守恒是错误的,能量在特定参照系下的测量值改变是相对论的正常现象。?
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作者:wpan2024 回复 wpan2024 留言时间:2025-12-31 16:55:38
不能认为光子能量不守恒,这恰恰是狭义相对论中多普勒效应(相对论性多普勒效应)的直接体现,光子能量 \(E=h\nu \) (频率 \(\nu \)) 确实会因观测者速度改变而变化,但总能量守恒(光子能量+探测器动能)依然成立,只是能量转移给了探测器或反之,体现为能量-动量守恒,并非“不守恒”。
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作者:wpan2024 留言时间:2025-12-31 16:38:32
光子在真空中传播时频率基本不变,但当光穿过不同介质(如空气、水、玻璃)时,频率通常保持不变(因为频率代表光子能量,能量不轻易变),而速度和波长会改变,光速变慢,波长变短;但在极端环境(如强引力场或宇宙膨胀)或涉及量子效应时,光子的频率和能量也可能发生微小变化(红移/蓝移),但这更多是相对论和宇宙学效应,而非普通传播距离的简单物理变化。
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作者:wpan2024 留言时间:2025-12-31 10:26:39
理解有误。所谓“能量守恒”,是指在没有能量交换的孤立系统”中,这当然是个绝对的理想的系统,在真实世界中是不存在的。但是并不能因此就说“能量守恒”不存在,因为能量有不同的形式,比如机械能(本质上是电场的相互作用)、电磁能等等。只要没有不同形式的能量转换就行。
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作者:慕容青草 留言时间:2025-12-30 17:17:45

本文英文版 https://independent.academia.edu/s/67e546bbfa?source=link

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作者:奥维尔 留言时间:2025-12-30 11:38:34

光子的能量在不同的参照系里是有不同的数值。每一个参照系里的能量是守衡的。

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