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光量子在介质中传播速度变慢——能量哪里去了？

2022-08-15 09:21阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1415414934

光量子在除真空介质外，其传播速度变慢，光量子从除真空以外的介质传播，再回到真空，其速度又回到光速，光量子在真空以外的介质传播，速度变慢，光量子的能量哪里去了？我的回答是：一部分能量转化为光量子的弹性势能。只有光量子从其它介质回到真空，光量子不等于光速，我的论断才是错误的。
我在上一篇文章《光量子机械能守恒定律》论证、分析：光量子的机械能守恒的本质是：光量子系统的动能和弹性势能可以相互转化，但光量子的机械能总量保持不变。这个规律我们把它叫做光量子机械能守恒定律。其数学描述：mc2/2=mv2/2+kΔλ2/2，其中，m是光量子的质量、v是光量子在除真空之外的速度、c是光量子在真空中的速度、k是介质常数（相当于弹簧的劲度系数，特别指出：在真空中k=0）、Δλ是波长的变化量（即和在真空中波长的差值），kΔλ2/2是光量子在除真空之外的弹性势能，这就是光量子机械能守恒定律。下面我们以红光量子的数据，先计算一下玻璃的介质常数k的值，研究一下k值得大体范围。
一、计算介质玻璃k的值
我们以玻璃介质的相关数据计算，玻璃的折射率n=1.5（对于红光量子，n要小一些，在可见光中，红光的折射率最小，这里对于红光我们仍然取其折射率为1.5），红光量子的波长6.5×10-7m。因为n=c/v，v=2c/3=2×108m/s。其中n是玻璃的折射率、c是光速、v是红光粒子在玻
璃的速度。由光量子机械能守恒定律得：mc2/2=mv2/2+kΔλ2/2，即mc2=mv2+kΔλ2——（1）。
v=c/n，因为n=c/v=λγ/λ1γ=λ/λ1（光量子在传播过程中、频率不会改变），其中λ1是红光量子在玻璃传播过程的波长，Δλ=λ-λ1=λ/3=2.2×10-7m。根据普朗克关于光子的能量及爱因斯坦质能方程（hλ=mc2），我们可以计算出红光量子的质量约为：m=2×10-36kg（这里可以理解为红光量子的光速运动质量）也就是说，对于红光量子在玻璃中传播的过程中：v=2×108m/s、Δλ=2.2×10-7m、m=2×10-36kg、c=3×108m/s，由（1）得：k= m(c2-v2)/Δλ2——（2）将这些数据代入方程（2）得：k= m(c2-v2)/Δλ2=2×10-36 (c2-v2)/(2.2×10-7)2=2.1×10-6,这就是玻璃的介质常数k的值。下面我们讨论一下光量子的质量：
二、探索如何计算不同光量子的质量
根据光量子机械能守恒定律：mc2/2=mv2/2+kΔλ2/2，化简并整理得：m= kΔλ2/ (c2-v2)——（3），这就是不同光量子质量的计算方法。光量子的频率不会改变，即测出光量子在除真空介质之外的速度即可。下面我们再分析一下，光量子在同一介质传播过程中，长的波长的变化情况。
根据（3）分析不同光量子质量的变化，引起其在媒介中传播，波长的变化量。根据折射率的定义，n=c/v=λγ/λ1γ=λ/λ1（频率不变），其中λ是光量子在真空的波长、λ1是光量子在真空以外传播过程的波长，λ=nλ1，任何一种光量子λ都是恒定的，我们可以得出结论：λ1和n成反比，即对于同一种媒介光量子的折射率越大，波长越小，即波长的变化量也大——Δλ；因为n=c/v，即c=nv，c是光速常数，所以我们得出结论：n越大，v越小，即c2-v2越大。分析（3）同种介质k不变，光量子的质量决定于Δλ2、(c2-v2)，即Δλ的变化量，由于同一媒介，不同光量子的折射率的变化规律是：频率高的折射率大。我们比较红光粒子和紫光量子的质量变化：紫光量子折射率大，所以紫光量子Δλ大于红光量子的Δλ，从而推出：紫光量子Δλ2大于红光量子的Δλ2；同样的道理，我们还能推出：紫光量子(c2-v2)大于红光量子的(c2-v2)。我们据（3）可以得出结论：在其他媒介波长和在真空媒介相比，质量大的光量子波长的变化量也大。
结论：光量子存在动量被大多数科学家认可。其实，光量子不仅存在动量，还存在动能。在真空中，光量子的动能是由光量子的质量决定的（光量子的质量在传播过程中不会改变），除真空之外，光量子不仅存在动能还存在弹性势能（或可以不存在动能，但是一定存在势能，例如光量子存在于黑洞动能可能为零，弹性势能等于光量子在真空中的动能），并且光量子在不同媒介的传播过程中，光量子的机械能保持不变。
现在我回答本论文题目的问题——光量子在介质中传播速度变慢能量哪里去了？光量子在不同媒介传播速度变慢，质量不变，损失的动能转化为光子的弹性势能，光量子总的机械能保持不变。

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