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1、电子产生光的过程及光对电子的反作用摘要光是如何产生的？光与电子是如何作用的？学界认为光是电子跃迁产生的，但电子如何跃迁？在跃迁过程中如何产生光子?学界并没有给出令人侑服的答案.本文认为I光是以太中介质中的波，它是撤观粒子在以太中振动产生的，只要粒子的急动度不为零就可以产生光.光对粒子具有反作用，其作用的结果与二者的能量有关.关能网I筒谐提动，急动度，物致摘射，激波，康普愎效应1 .引言光是如何产生的？在量子理论中，光是电子跃迁产生的，但是，电子是如何跃迁的呢？电子的能级是如何确定的？光子是如何产生的呢？光子是什么？现代物理所给出的解择无法令人信眼。如果引入以太介质，光的产生与声音产生的原理是一
2、样的，都是介质中的波。2 .光的产生2.1. 光的分类如果承认以太的存在，承认光是以太中的波，那么,任何粒子在以太中振动都可以产生光，在这里，振动定义为急动度（加速度的导数）不为。的运动。与波的分类一样，光也可以分为线性光、非线性光及激波光。A.线性光定义线性光为粒子简谐振动所产生的光,任何粒子的振动都可以产生出与它的振动频率相同的光，由于微观粒子的简谐振动规律符合M?=儿粒子在一个周期内平均振动能量可表示为E=O.5三AV=O.5;粒了简谐振动所产生的光的能量也可以表示为E=就其中，k是常数.需要说明的是：粒子受迫振动时所辐射的能量与频率不存在线性关系.B.非线性光粒子振动产生光的方式主要有
3、两种，一是简谐振动，二是初致过程.简谐振动所产生的光是连续、双向的，而物致过程所产生的光是脉冲、单-向的。切致过程指的是粒子在曲线运动过程中，当粒子的急动度最大时产生光的过程，例如,粒子椭圆运动时的近核点，粒子的碰撞等。辆致过程辐射的光，其传播方向是粒子运动的切线方向，其偏振方向在粒子运动的平面内，并与传播方向垂直，其能量与粒子的急动度成正比。C.激波光激波光指的是近光速的粒子在初致过程中所产生的光,它也是一种#线性光,产生它的般是相对论粒子，因为只有当粒子近光速运动时才会产生激波。伽马射线就是以太中的激波。2.2. 电子产生光的过程任何粒子的振动都可以产生光，电子也不例外，其产生光的过程主要
4、包括振动辐射和物致辐射：A.振动箱射在自然的条件下，电了的振动辎射可表现为多种形式，例如，金属的反光、汤姆逊敢射等，其原理就是电子跟随光波受迫振动而产生的辐射，此时，电子的振动频率与入射光的频率相同。在人工干预下，电子也可以受迫振动，天线的辐射就是个最明显的例子，下面以偶极子天线为例说明电磁波的产生过程.如图1所示，是一个偶极子天线和一个信号源，偶极子天线是由两根4的导体组成，信号源的作用是使电子在两根导体间流动。图1.偶极子天线系统示意图如果把天线系统（含信号源）想象为两根一端封闭的水管和一个双向抽水机，把电子想望为水分子，电在导体中的传播想象为水击波，那么，当水管的长度/.=（到时，抽水系
5、统的工作情况与天线系统的工作方式基本相同，其中C表示水击波的速度，f表示抽水机的双向变换频率。当抽水系统工作时，与天线系统-样，也会产生驻波，水管壁会以抽水机的频率抖动，在空气中会产生声音，而且声波是偏振的。天线系统工作时，电子会在金属表面以信号源的频率振动，这个振动通过以太传播出来，就是电磁波。需要说明的是：电磁波与电磁场是两个完全不同的概念，电子在导体中运动时，即会产生变化的电场和磔场（只在天线的周围存在，称为近场），也会产生电磁波（称为远场，与近场的性质完全不同）。带电粒子在任何情况卜都可以产生电场，是粒子本身固仃的属性，运动时可以产生磁场,与粒子的速度和带电量有关，而粒子振动时产生电蹂
6、波，与粒子的急动度有关，与粒子是否带电无关。B.碰撞物致幅射在等离了体或金属导体内，电子的存在可以看作是自由的，其运动的主要方式可以看作是热运动，其运动分布基本符合玻尔兹唯一麦克斯韦分布，其热运动的平均速度可表示为：V2=3A7”,其辐射过程主要表现为碰撞时的初致辐射，与宏观世界的气体辐射具有相同的原理，所辐射出的光是脉冲形式的，其频谱分布符合维恩定律。C.轨道物致辐射轨道物致辐射属于连续脉冲辐射，是椭圆轨道上的电子在近核点时产生的物致辐射，所仃的原了光谱都属于轨道物致辐射（包括X射线特征谱），其辎射的频率就是电子的轨道频率，但由于以太的传播能力限制，其辐射的最高频率为8.57x10Ilz（电
7、子的轨道频率可以超过此频率）。轨道物致辐射的能量与电子的急动度成正比，与电子的轨道频率无关，与电子的凯道能量无关。X射线特征谱之所以存在，是因为电子能够在某一个特殊的椭圆轨道上停留较长的时间（一般可以大于1ns）,这个特殊的椭圆轨道称为准共振轨道。D.高速物致播射高速物致辎射指的是当电子的速度超过0.6倍光速时所产生的初致辐射，所辐射的光脉冲属于激波，伽马射线就是激波的一种，自由电子激光器所辐射的光脉冲也是激波，其激光的频率就是光脉冲的重现频率。高速物致辐射的光脉冲能量与电子的急动度成正比，与电子本身的能量无关（匀速直线运动不会产生轴射）。3.光对电子的反作用电子振动能产生光，但光也能对电子产
8、生反作用。3.1. 低频光对电子的作用对于金属内的自由电子，由于其性质与我们的大气十分类似，因此也被称为“电子气”，由于“电子气”存在于以太之中,因此,当以太介质波动时,“电子气”也会跟着以太波动，这就是无线电接收机能够接收电磁波的原因，与空气中灰尘随声波的波动具有相同的原理。对于轨道电子（束缚电子）或高能电子,低频光对它儿乎没有作用。3.2. 高频光对电子的作用A.光电效应发生光电效应的条件与光的能量无关，但与光的频率有关，只有光的频率与电子的共振频率相差不大时，才会发生光电效应，光电子是“振”出来的，而不是“撞出来的，如果光电子是光子撞出来的，光电子的方向就无法解择。在金属内部的自由电了、
9、基本上是自由的，并没有明显的共振频率，但是，运动在金属表面的自由电子并不是真正的自由（就像监狱里的囚犯），它是无法脱离金属表面的。正是由于原子核对金属表面的电子具有引力，才使这里的电子具有明显的共振频率，而且引力越大，共振频率越高。当外部的光波猱率与金属表面电子的共振频率相差不大时，电子产生共振，动能增加，当能量枳累到一定程度时（振动次数一般小于100），电子就能逃离原子核的束缚，从而发生光电效应。光波可以使轨道电子产生共振，因此，任何原了都可以发生光电效应，但光的频率一定与电子的共振频率相近。B.康普顿效应康普顿效应实际上就是光的散射效应。下而根据多普勒原理就可以推导出康普椀公式：当光波的能
10、量远大于电子的能量时，如果光波与电子碰撞,根据动量守恒（能量不定守恒）：n,=Zi,其中，m表示电了的班量.V表示电子的速度，h是普明克常数表示光波的波长。可以得出：光波与电子碰撞后的速度为V=hm,其方向与光波的方向相同。例如，波长为1埃的光波，与电子碰撞后，电子的速度为V=7.27xlWs.对于与光波相反方向的散射光，根据多普勒原理,其频率的变化室可表示为:A=-2M.,其中，运动物体的速度，2是发射波的波长，频率的变化量与物体的运动速度相关,取光波的传播方向为正,根据f=W可以得出光波波长的变化量：z=z2-.把V=位和步2必代入即可得出：z=-2lmc,这就是与光波相反方向的波长变化量
11、卜面是其它方向上的波长变化量的推导：入射光反射光图2.康普顿散射中光与电子的作用过程如图2所示，以实验室为参考系，当电子以速度V运动时，电子所接收到的光频率为：力=M,然后，它就按f1产生反射光，当反射光与电子运动的方向成角时，反射光的频率就是力=f（c+vcos）c=/4l-,（1-cosVe+,2ca,c2,忽略小项vs42,可得：Af=力加=-d-c06以），把v=n和A=万A%代入即可得出：z=h（-cos）mc。从上面的推导可以看出：当光波与电子相撞时，只需假设动量守恒即可，不需耍假设动能也守恒，也不需要假设电子是自由或静止的，只要假设电子的动能较小即可，更不需要相对论。对于能量较大
12、的电子，技反射波仍然可以根据多普勒原理计算出来，但由于电子的速度和方向差别很大，其反射波的频率成分也比较分散（包括小于入射光波长的光），表现为噪声，很琲测量出来，只有当电子速度远小于M成时，所反射的频率才相对明显。上面的推导对任何粒子都成立，当然包括原子核，当光波与原子核相遇时,其反射的波长也会发生变化，但变化的量很小,例如，对于铁原子核，如果光的波长为1埃，可以计算出反射波的波长变化盘为4.7x10：埃，现代技术还无法测量出来。原子核的反射波实际上就是康普顿实验中的波长不变部分。为什么原子的序数越大原子核的反射越弱呢？这是因为原子核周围的高能电子把入射光散射了，但散射的光的频率太分散，我们无
13、法测见出来0汤姆逊敢射在本质上与康普顿散射并不相同，汤姆逊敢射主要是电子受迫振动所料射的波，是电子本身振动发出的，而康普帧散射是电子的反射光。3.3.激波光对电子的作用A.激波对电子的加速激波，也称为冲击波，是介痂中压强或密度等物理量在波阵而上发生突跃变化的压缩波，因此激波可以对任何粒子进行加速，不论粒子是否带电.激波时粒子的加速可分为前加速和后加速，前加速属于碰撞加速，与波阵面上密度的突变量有关，加速粒了的时间较短,因此，加速的效果不明显：后加速属于尾流加速，与冲击波的压强或密度变化量有关（尾潦中密度或压强小），对粒子的加速时间较长，因此，加速的效果明显。超强超短激光就是种激波，它是利用多个
14、同相位的脉冲进行幅度叠加产生的，它可以加速任何粒子，不论粒子是否带电.B.逆康普顿效应逆康普顿效应与康普顿效应具有完全不同的原理。逆康普趣效应被定义为：当低能光子碰撞高能电子时，电子将部分能量转移给光子，导致光子的能量增加，频率变高，波长变短。而实际上通过逆康普顿效应所输出的光，是电子灯致过程所产生的，并不是电子将部分能量转移给光子,导致光子的能量增加，而且，电了也无法将自己的能量转移给低能光了。逆康普顿的过程可用图2表示。图2.逆康普顿的过程逆康普顿过程与自由电子激光具有相同的原理，逆康普顿过程是利用激波光使电子转弯，而自由电子激光器是利用波荡器使电子转弯，由于激波光能使电子的转弯半径更小，
15、因此，当电子的能量相同时，激波光比自由电子激光器能产生能量更大的X射线，而11入射光的方向与电了的速度方向的夹角也能影响X射线的能被，其夹角越大，X射线的能量也越大，需要说明的是：入射激波光的能用与脉冲的重豆频率无关，所产生的X射线也是激波光。逆康普顿过程必须满足三个条件，是电子必须是相对论电子，或拧说电子必须能产生激波，二是入射光必须是激波脉冲，否则，无法推动电子，使电子产生物致辐射，三是电子的运动方向与光波的方向的夹角不能小，夹角越大，所产生的激波越强。激波脉冲之所以能够使相对论电子产生物致幅射，还有个原因一一激波之间不会相互干扰，或者说，光波相遇时与水波或声波相遇时的情况完全一样，激波也
16、不例外。4 .光不可能变成电子光是波，并不是实物粒子，在任何的情况下，光也不可能变成电子。为什么伽马射线通过原子核附近时具有电子对效应呢？本文认为，真空中除了以太介质以外，还存在由正负电子组成的电子对，只是由于电子对是中性的，当它的动能很小时人类暂时还不能探测到而已，但是当伽q射线经过时，由于伽马射线对电子对的加速，使电子对具有一定的动能，当电子对高速经过原子核所形成的电场时，在库仑力的作用下正负电子将会产生分离，这才是电了对效应的真正原因，并不是伽马射线变成了电子.即使没有伽马射线的存在，当电子对经过库仑场时也有可能产生分裂，正B衰变的发生，很可能就是电子对的分裂。现代技术还无法区分伽马射线与高速运动的电子对。总之，电子在以太中的振动都可以产生光，但光在任何情况下都不可能变成电子（在一定的条件下可以分裂电子对）。5 .结论电子在以太中运动就能产生光，光波能信的大小与电子的急动度成正比。电子简谐振动所产生的光是线性光，其频率与电子的振动频率相同，光波的能量与频率成正比，电子在物致过程中所产生的光是非线性的脉冲，其能量与电子的急动度成正比，与脉冲的频率无关。光也能对电子起反作用，线性光能强迫低能量的电子跟随光波振动，当光的须率与电子的共振频率相当时，能发生光电效应，脉冲光能推动电了前进,发生康普顿效应，激波光能加速电子，发生逆康普顿效应。
