如何從粒子自旋磁矩角度解讀粒子的衍射與干涉現象？

磁陀螺運動與現代物理學漫談（12）——均勻磁場對磁陀螺運動的影響（2）

——兼談粒子衍射形成的物理機制

司 今（[email protected]）

【題記】：

“波粒二象性”是量子力學建立的基礎命題之一，但對此人們一直持有困惑，因為微觀粒子世界是看不見摸不著的，粒子為什麼會產生“波粒二象性”運動，這種運動到底蘊含了什麼樣的物理規律？在宏觀物體運動中有沒有“波粒二象性”運動現象？……多少年來，我一直在思考這個問題。

通過研究磁陀螺運動才發現，粒子“波粒二象性”運動形成的物理機制就藏在磁陀螺運動中，本文正是想嘗試性地從磁陀螺運動的物理原理方面來詮解粒子“波粒二象性”的本質問題，並藉此拋磚引玉——當然，這只是我的“開篇”，要想真正看清“波粒二象性”產生的物理本質問題，敬請朋友們關注下一篇《波粒二象性的本質》一文吧！

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自旋磁陀螺

1、自旋磁陀螺在均勻磁場中的非閉合曲線運動

在量子力學教科書中，常用子彈通過窄縫或小孔實驗來與電子通過窄縫或小孔實驗做對照，以說明電子通過窄縫或小孔的行為不同於子彈，就會產生衍射；其實，這種比擬是不合理的，會給人一種認識錯覺，因為子彈是經典無自旋、無磁性的牛頓粒子，而電子是自旋且有自旋磁矩的非經典粒子；並且經典的窄縫是沒有磁場性的，而有自旋磁粒子組成的非經典窄縫應是有磁場性的（要求窄縫寬度很小）。

課程舉例都是沒有磁性的子彈，它們穿過縫時當然不會產生衍射現象，如圖-1所示；對此我這裡不妨變通一下，用磁子彈通過一個窄縫形式的磁場空間或許更貼近帶有自旋磁矩的粒子的運動特徵。

圖-1 圖-2

如圖-2所示，假如我們用磁性材料做子彈，它一半是S極、另一半是N，當把它放到槍膛裡被射出，並讓它穿過帶有均勻磁場的窄縫空間，則它在均勻磁場空間中的運動路徑就會表現出直線和曲線二類，其中磁場“0梯度面”上的磁子彈將在均勻窄縫磁場中作直線運動，而在“非0梯度面”上或下空間則將作曲線運動。

這種無自旋的磁子彈在經過磁場區後所產生的上、下擴散運動是由於磁子彈上、下面受窄縫磁場磁極力不相等，即均勻磁場有梯度分佈差異所造成的，但直線運動的磁子彈也受磁場磁極力影響，只是其上下面所受磁場磁極力大小相同罷了。

但對於自旋磁陀螺，它在窄縫磁場中的運動要比沒有自旋的磁子彈複雜得多，因為自旋磁陀螺一方面要受上、下磁場磁極影響，另一方面還會在磁場中作切割磁力線的曲線“進動”。

如圖-3所示，自旋磁陀螺0位於窄縫磁場空間的“0梯度面”上， 1、2則分別位於“0梯度面”上方和下方；當它們以相同速度（包括平動和自旋）穿過窄縫磁場區域時，則在後屏幕上就會看到自旋磁陀螺0、1、2穿過磁場空間後的運動變化是不同的：

圖-3

對於磁陀螺0，當它通過磁場空間時，由於其自旋軸上下端所受磁場磁極力相等，說明磁陀螺在磁場中會保持在“0梯度面”上作切割磁力線的曲線運動。

磁陀螺1或2則不同，它們自旋軸一方面要做切割磁力的線曲線運動，另一方面還因受磁場磁極梯度力作用而產生向上或向下的“自由落體運動”，這種運動的合成軌跡就呈向上或向下的曲線運動圖景。

如圖-4所示，如果我們在“0梯度面”上分別發射S極在上、逆時針自旋和N極在上、順時針自旋的磁陀螺，對N極在上、順時針自旋的磁陀螺而言，由於其磁軸受磁場磁極極化影響就會產生180°翻轉，這樣就會在“0梯度面”上形成與S極在上、逆時針自旋的磁陀螺相反的運動曲線，我們在後接受屏上也就會看到一個以Z為對稱軸的磁陀螺分佈圖案來。

圖-4 圖-5

如圖-5所示，如果我們在同一個“非0梯度面”上分別發射逆時針和順時針的自旋磁陀螺，則它們會在後接受屏上排列成順逆、上下不同且左右以“Z軸”對稱的圖案形式。

按照“衍射”定義，仔細分析以上自旋磁陀螺通過磁場區域的不同運動形式，我們會發現，它們通過磁場空間在後屏幕上落點的分佈形式也可以被看作是一種“衍射”行為。

以此為據，我們是不是可以用之去探討自旋磁粒子運動出現“波粒二象性”現象的本質問題呢？

2、粒子衍射形成的物理機制

2.1、衍射的定義

衍射（英語：diffraction）是指波遇到障礙物時偏離原來直線傳播的物理現象。

在經典物理學中，波在穿過狹縫、小孔或圓盤之類的障礙物後會發生不同程度的彎散傳播。假設將一個障礙物置放在光源和觀察屏之間，則會有光亮區域與陰晦區域出現於觀察屏，而且這些區域的邊界並不銳利，是一種明暗相間的複雜圖樣這現象稱為衍射，當波在其傳播路徑上遇到障礙物時，也有可能發生這種現象。

衍射的形式論還可以用來描述有限波（量度為有限尺寸的波）在自由空間的傳播情況；例如，激光束的發散性質、雷達天線的波束形狀以及超聲波傳感器的視野範圍都可以利用衍射方程來加以分析^[1]。

對於粒子衍射，我們不妨定義為：粒子通過障礙物或小孔、窄縫空間時會產生偏離原來直線傳播方向運動的物理現象，即產生“轉彎”運動現象。

我們知道，原子核、質子、電子、光子等都有自旋和自旋磁矩性，也就是說，原子核、質子、電子、光子等均可以被看作是一個帶有自旋磁場的小磁陀螺體，它們通過由原子核、質子等帶有自旋磁場的粒子組成的窄縫或小孔空間時，會不會產生象上述自旋磁陀螺一樣的“衍射”運動行為呢？如果會，那就說明自旋粒子的“衍射”現象並不能說明粒子運動形式是波動——其實，微觀自旋磁粒子的“衍射”行為實質就是它們以一定速度通過窄縫磁場空間時會產生像自旋磁陀螺一樣的曲線運動，這種運動就會使粒子通過磁場空間後在接受屏上表現出所謂的“衍射”圖景來。

2.2、解決粒子衍射問題須關注的幾個方面

要想真正弄清粒子如電子或光子通過窄縫或小孔空間時會產生衍射現象的物理本質，就必須從以下幾個認識方面入手：

（1）、任何微觀粒子都有自旋與自旋磁矩性，它們就像一個自旋磁陀螺，磁場最強部分位於自旋軸上，如圖-6所示；對此，現代物理學實驗就可以用“很細”的磁探針感知物質上自旋粒子磁軸的存在，如圖-7所示。^[2]

圖-6

（2）、任何自旋粒子在磁場空間中運動都與自旋磁陀螺在磁場中的運動相類似，且遵循自旋磁陀螺在磁場中運動的基本原理（磁場包括均勻和非均勻磁場二種情形）。

（3）、任何粒子流中的組成粒子在平動空間的瞬間排列都不是雜亂無章的，而是有一定 “空間結構”排列而運動著的，如圖-8所示；粒子這種有序排列運動的瞬時“空間結構”就可以被看做是一種流動的“粒子晶格”包體，它們這種“空間結構”排列就像固體晶體中粒子排列一樣井然有序，猶似NaCL晶格；如水、空氣、電、光等粒子流中，粒子的瞬間空間排列都具有“晶格”性，只不過這種結構易受外界因素（如電、磁場，溫度等）影響而產生相應變化而已。

圖-8 NaCL晶體 .金屬導線電子流 .自旋粒子流晶格結構

現在的流體力學只是用“宏觀統計”理論來研究微觀粒子的大量運動現象，並沒有從微觀“空間結構”組成和粒子個體運動屬性等方面來探究其運動的“晶格”性，也就是說，我們的流體力學是建立在宏觀現象統計基礎之上的，並不適於研究微觀粒子個體運動和粒子流“空間結構”運動。

為此，我們是不是應該建立一門關於描述“微觀流體‘準晶格’結構”的物理學呢？——這值得大家去關注和研究！

在“絕對真空”（沒有場或物質的空間）中，粒子流中微觀粒子的運動不僅是等速的，且會保持一定的穩定空間“晶格”結構狀態——這與量子力學中真空“波包”思想是一致的。

如圖-9所示，真空中光波包就是一束光子流具有“晶體結構”思想的再現，因為波包體中光子的平動速度分量都是一樣的，否則就不可能在任意時刻內保證波包體的完整性和穩定性；波包中光子能量的差異主要體現在速度垂直分量不同上；其實，量子力學的波包可以用人站在一個勻速運動的小車上抖動“繩子”來予以理解，如圖-10所示，波動繩上的組成質點的運動形式就可以被看做是對“波包”或“波粒二象性”概念的詮解。

圖-9. 圖-10

因此說，量子力學選用“波粒二象性”來描述自旋磁粒子通過小孔或窄縫空間會產生衍射這一現象，其真實用意就是為了體現一束“同步運動”的粒子流中粒子可以具有不同的動能，但因粒子們平動速度相同，那麼，就必須引入一個能夠體現其總動能不同的分量，因此選用粒子波動運動就比較合適；因為粒子波動運動不但有一個水平速度，且還有一個垂直振盪速度，為了描述垂直振盪速度的可變性（色散環境下呈現變化），於是又給出了一個“相速度”概念；這樣，一束運動粒子流通過小孔或窄縫時就可以有“群速度”、“相速度”色散中的變異現象，至此量子力學宣稱“成功解釋了自旋磁粒子的衍射問題”。

對此，我有不同“看法”：在沒有認識到粒子都有自旋和自旋磁矩性及小孔、窄縫空間也有磁場存在之前，採用“波粒二象性”來描述粒子衍射問題是可以理解的；但現代物理學已經完全揭示了粒子自旋有磁性，且由自旋磁粒子組成的小孔或窄縫空間在一定距離範圍內也會表現出明顯的磁場性，在這種情況下為什麼我們不去用粒子和小孔、窄縫空間的這種磁屬性本質去詮解自旋粒子的衍射，卻還要死抱著用“波粒二象性”觀念去看待它們的衍射問題不放呢？！

（4）、任何小孔或窄縫空間都是有體積的，如圖-11所示，對於粒子入口孔面積而言，可有上、下、左、右多個粒子通道；不同自旋時針方向的粒子通過小孔或窄縫面進入小孔或窄縫磁場空間時，它們的自旋磁軸都會受到小孔或窄縫磁場磁極的影響而產生自旋軸方向的變化（也可稱為磁極化）。

同時，孔或縫的厚薄度對粒子衍射圖案也會產生影響，孔或縫越厚，自旋粒子在此空間產生的水平彎曲度和Z方向運動的距離就會越大，由此形成的衍射圖案寬度也就越顯。

圖-11. 圖-12

折射或衍射軌跡的彎曲度大小主要由運動光子距離窄縫空間距離大小所決定的，同時還與窄縫空間磁場強弱有關，即用不同物質做成同寬、同厚的窄縫，當用同一束光通過它時所產生的衍射圖案將是不同的，季灝研究員在這方面做過此類實驗，有興趣的朋友可以參閱季老師這方面研究的實驗論文。^[3]

（5）、根據庫倫磁定理，在“0梯度面”上、下的磁場強度分佈遵循1/z²分佈規律，這正是粒子衍射圖案中產生Z分量的根源；如果磁場空間高度足夠大，則從“0梯度面”通過的自旋粒子磁軸就不會感受到磁場磁極的明顯影響，那麼，這些粒子通過該磁場空間時就會表現出近似於直線的運動。

如圖-12所示，在光通過窄縫的衍射圖案中，中心區呈白光就是因為窄縫“0梯度面”附近的磁場強度太弱、不能使通過的自旋光子產生較明顯曲線運動的結果；對於靠近窄縫磁場磁極區域，則因磁場強度明顯增大，它對通過的自旋光子就會產生較強的磁影響作用，故自旋磁光子就會形成較明顯的衍射圖案。

（6）、任何衍射現象都是窄縫或小孔空間磁場對通過此空間的粒子不能使其形成閉合曲線運動的結果，否則，這些粒子就不可能通過該磁場空間，而是在此空間中作閉合圓周運動或被磁場磁極吸附。

如圖-13所示，在均勻磁場外圍，如果磁場B很小或磁場空間水平面積很小，不足以使以v速運動的自旋磁粒子在該磁場空間“0梯度面”上產生閉合曲線運動，那麼我們在距離磁場磁極體後一定距離處安置一個接受屏，我們就可以看到自旋磁粒子通過磁場空間後會落在接受屏上，且打到接受屏上的自旋磁粒子會表現出偏離原運動速度方向的現象；這說明自旋磁粒子通過“0梯度面”磁場後會產生運動方向的改變，我們就可以稱這種現象為自旋磁粒子的“衍射”現象（衍射本質就是運動粒子通過物質空間後會產生速度方向改變的現象，即轉彎現象）；但如果均勻磁場足夠強（如圖-13內層磁場），則自旋磁粒子進入該磁場空間後只能在此空間內作閉合曲線運動，這樣我們就不會在後接受屏上看到它們飛來的身影——從系統論而言，這也可以看作是一種“內吸收”形式。

圖-13 圖-14

（7）、磁場磁極對自旋粒子磁軸方向都有極化、翻轉影響作用。

翻轉就是自旋粒子磁軸受磁場磁極影響會產生180°的翻轉變化；如圖-14所示，以自旋磁陀螺為例，當在它的自旋軸二端施加力偶矩使其翻轉180°時，磁陀螺會產生一個垂直向內的翻轉速度V_⊥翻；結果是磁陀螺的自旋時針方向和自旋軸的N、S極方向將呈現與原來相反的變化。

這種翻轉現象在微觀自旋磁粒子運動中也存在，如將電子看做是一個自旋磁陀螺，規定它是逆時針自旋且自旋軸上端為S極、下端為N極，如圖-15所示；那麼正電子則是電子產生180°翻轉的“對稱”粒子，即如圖-16所示。

圖-15 圖-16

由此推理，電子與正電子本質上應是同一種粒子。

如圖-17所示，如果我們將正電子沿均勻磁場“0梯度面”射入，則它在接近磁場空間入口處時，因其自旋磁軸受磁場磁極影響會產生180°翻轉，並由此產生一個V_⊥翻速度，這時它就成了一個S極在上、逆時針自旋的電子，它在磁場空間運動時就會產生一個與V_⊥翻方向相反的切割磁力線速度V_⊥切；這樣，正電子在磁場空間做切割磁力線曲線運動的合成速度就是V＝V_⊥＋V₀＇，其中V_⊥＝V_⊥翻－V_⊥切，V= V₀ .

圖-17

電流或光束中應包括不同自旋時針方向的電子或光子，當它們進入窄縫或小孔磁場空間時，磁場磁極就會對這些不同自旋方向的粒子產生翻轉極化影響，使它們自旋軸磁場方向趨於統一；對被磁極翻轉的自旋粒子而言，它們在磁場中的運動就與不翻轉的粒子運動方向相反，從而使它們通過磁場空間後會產生一個空間“對稱”的衍射圖案（如圖-29所示）。

（8）、任何自旋磁粒子在磁場中作曲線運動，其運動方向的判斷都遵循左手或右手法則，這不僅是陀螺進動方向的判斷法則，也是正電子或電子在磁場中作洛倫茲運動的方向判斷法則——由此可見，自旋磁粒子是可以當做自旋磁陀螺來看待的。

2.3、電子、正電子在磁場中的運動

2.3.1、幾種空間磁場對電子、正電子運動軌跡的影響

（1）、電子或正電子在均勻磁場空間運動會產生圓曲線運動軌跡，如圖-18所示。

圖-18

（2）、電子或正電子在軸對稱非均勻磁場空間會產生拋物線運動軌跡，如圖-19所示。

圖-19

（3）、電子或正電子在點對稱非均勻磁場空間會產生拋物線或雙曲線運動軌跡，如圖-20示。

圖-20

（4）、電子或正電子隨距離磁場中心點距離的近遠不同，它們的運動曲線曲率會產生明顯變化，如圖-21、22所示。

圖-21

圖-22

2.3.2、窄縫空間磁場的構成形式及自旋磁粒子運動

任何物質都是由自旋磁粒子如原子核、質子、電子等組成的，如果我們從一塊物質中間開一個窄縫，那麼這個窄縫在一定寬度下就必然會顯示出這些磁粒子耦合的磁性場來，即窄縫空間在一定範圍內應是有明顯磁場性的。

（1）、構成物質骨架的自旋粒子（原子核）垂直排列時，其形成的窄縫空間磁場為均勻磁場，它對其他自旋磁粒子通過該空間時，就會產生改變它們原有運動方向的影響；如圖-23所示，自旋磁電子通過這種窄縫磁場時，會產生“衍射”運動，這是一種“上下型”磁場對自旋磁粒子運動的衍射行為.

圖-23

（2）、構成物質骨架的自旋粒子（原子核）水平排列時，其形成的窄縫磁場是非均勻磁場，它對其他自旋磁粒子通過此空間時，也會產生改變它們原有運動方向的影響；如圖-24所示，自旋磁電子通過這種窄縫磁場時，也會產生“衍射”運動，其實這是一種“中心型”磁場對自旋磁粒子運動的衍射行為。

圖-24

可見，窄縫空間磁場可以有二種性質不同的組成形式，即“上下型”磁場和“中心型”磁場，因此，自旋磁粒子通過不同構成形式的窄縫磁場，會產生不同的衍射行為，且它們產生衍射的物理本質也就會有差異，具體分析可參閱《磁陀螺運動與現代物理學漫談（15）——中心型磁場對磁陀螺運動的影響（1）——兼談楊燕實驗與太空磁陀螺運動》一節。

同時還要注意，均勻磁場空間造成的衍射與非均勻磁場空間衍射是存在差異的：均勻磁場由於有“0梯度面”，在這個梯度面上磁粒子自旋磁軸二極所受磁場磁極梯度力相等，即磁場梯度力之和為0，它就不會產生Z方向的磁場梯度差運動，故在磁場空間後的接受屏上形成的衍射圖案中心可以有粒子存在；相反，對於“上下型”非均勻磁場由於沒有“0梯度面”，故自旋粒子形成的衍射圖案中心就不會有粒子存在；關於這二種衍射差異形成的物理機制請參閱《磁陀螺運動與現代物理學漫談（14）—磁陀螺在非均勻磁場中的非閉合曲線運動（2）——兼論施特恩-格拉赫實驗形成的物理機制》一節。

2.3、光窄縫衍射形成的物理機制

圖-25是物理學教材中常見的光通過窄縫產生衍射的插圖，從這個圖案中可以發現：

光束是由光子組成的，光子通過帶有磁場的窄縫空間產生衍射時，會形成水平方向和垂直方向不同彎曲度的光子排列序列，即：紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫的彎曲度逐漸減小；如果把光子看做是一個自旋並帶有自旋磁矩的準剛體粒子（像自旋電子那樣），那麼，它們在窄縫磁場空間的運動就可以用自旋磁陀螺運動來描繪，如圖-26就可以看做是自旋光子通過均勻磁場空間時產生“衍射”現象的物理機制圖景。

圖-25 圖-26

但這裡卻有一個困惑問題，即圖-25的衍射圖案與圖-28彩虹、圖-29三稜鏡折射所形成的光色排列序列為什麼正好相反呢？

圖-27 圖

原來，我們所得的圖-25光衍射圖案是在窄縫後加了一個凸透鏡的結果；如圖-29所示，從折射率來看，如果窄縫後面沒有加凸透鏡，則光通過窄縫所產生的光排列序列就會與彩虹、三稜鏡折射所形成的光排布序列一致了。

圖-29

現代物理學對白光衍射現象通常是從光子運動頻率存在差異的觀點來給予解釋的；但當我們用超純頻率的激光作光源時，讓它通過小孔或窄縫時也會產生類似“紅橙黃綠青藍紫”的光“衍射”形式的排列圖案，這就無法再用“頻率差異”去解釋了，如圖-30所示。

圖-30.激光孔衍射.紅激光孔衍射.He-Ne激光窄縫衍射

現代物理學實驗證明，紫光能量比紅光大，這個能量應指動能，這樣說來，同頻率光的平動速度就應接近一致；從超純頻激光通過窄縫的衍射圖案中可以看出，越靠近小孔或窄縫邊緣通過的激光光子，其受窄縫磁場磁極的影響就越大，故在Z軸方向產生的垂直運動速度也越大，依據速度矢量合成法則，則此衍射圖案上的激光光子速度就有V₁= V₀+ V_z1＞V₂= V₀+ V_z2，（Z為磁場“0梯度面”到孔或縫邊緣的垂直距離，其中Z₂＞Z₁）；也就是說，在激光衍射圖案中，越靠近衍射圖案中心的激光光子總動能越小，反之越大。

如圖-31所示，在均勻磁場的“非0梯度面”上作磁螺螺運動的自旋磁光子速度可以分解為水平速度V_圓和垂直速度V_梯二個分量，且有V_螺=V_圓+V_z，V_圓=C=V_∥+V_⊥，V_梯=V_z.

圖-31 圖-32

再看白光通過孔或縫產生衍射時，如果∑E_紫＞∑E_紅，則說明∑V_紫＞∑V_紅，假如光子群速度均為c，則說明光束波包中光子垂直振動速度分量有V_⊥紫＞V_⊥紅，那麼這個“垂直振動速度分量”的物理含義是什麼呢？其實質就是小孔或窄縫空間存在磁場梯度對自旋光子磁軸施加力影響所產生V_z分量的表現；而光速c不變，實質就是以速度c自由運動的光子，進入磁場空間作切割磁力線時，它在洛倫茲平面（粒子平動速度與磁場磁力線垂直的平面）上作曲線運動的速率不變，仍為c.，這不僅符合“愛因斯坦光速不變”原理，也與均勻磁場中電子“洛倫茲運動速率不變性”原理相一致。

如此看來，越靠近窄縫運動的光子其產生的V_螺就越大，產生的折射率也就越大，光子所具有的總動能也會增大。

因此說，白光通過窄縫、小孔或三稜鏡產生衍射或折射時（衍射與折射的物理本質應是相同的），它們對光“折射率”的影響主要是由光子距離窄縫、小孔或三稜鏡組成原子的原子核遠近所造成的，並不是說白光中紫光子折射率就一定會比紅光子大；如果紅光子靠近窄縫邊緣或三稜鏡原子核近處，紫光子遠離窄縫邊緣或三稜鏡原子核處時，那麼，紅光子的折射率也可能會比紫光子大，如圖-32所示。

同時，仔細分析還可以發現，愛因斯坦光速不變原理體現的應該是動能守恆，他包括二個方面：（1）.光速在任何物質中作洛倫茲平面運動時，其曲線合成速度為c不變；（2）.光源中的光子從約束態變成自由態時，其運動速度為c，這個速度與光源運動速度無關，因光源就是它的參照物。

關於微觀粒子運動動能公式有二個，即E=mc²和E=hf；但這二個公式的物理含義是有明顯差異的：E=mc²指的是光子在自由狀態下作直線運動的平動動能，E=hf指的是光子在非自由狀態下作曲線運動的動能，且在同一運動平面內有E=mc²=hf=mv_⊥²+ mv_∥²，c²= v_⊥²+ v_∥²，如圖-33所示。

圖-33

2.4、三稜鏡折射與色散問題

現代物理學認為，白光是由七色光組成的，當它們進入玻璃三稜鏡以後，其紫光速度最慢，偏折得最厲害，因此，紫光就位於折射光譜序列的下端；而紅光速度最快，偏折得也就比較少，因此，紅光位於折射光譜序列的上端；橙、黃、綠、藍、靛等色光，按波長長短，依次排列在紅光和紫光之間，三稜鏡就是這樣把白光分解成七色光譜的。^[4]

對此解釋我有不同“看法”：單從粒子論觀點看，既然紅光速度較紫光塊，為什麼紅光所表現的能量卻比紫光小？（如果說是頻率差異所致，這豈不又回到“波粒二象性”老議題上了，如此這般也就將永遠不可能揭示“粒子波粒二象性”產生的物理本質了！）。

光通過三稜鏡或水珠產生折射問題，就其本質而言也是一種光粒子“衍射”行為，不過這種衍射機理不同於窄縫衍射，它是“中心型”非均勻磁場對自旋磁光子運動所產生影響的結果；具體分析請參閱《磁陀螺運動與現代物理學漫談（16）—單體磁場對動態磁陀螺運動的影響（2）—兼談太陽與原子系形成的動態原理及AB效應形成的物理機制》一節。

我們從“中心型”磁場的磁陀螺運動實驗中得知，“中心型”磁場對自旋磁陀螺運動會產生二種不同的運動曲線軌跡，如圖-34是一種雙曲線運動，圖-35是一種拋物線運動。

圖-34 圖-35

玻璃的微觀結構是由硅酸鹽組成的，在硅酸鹽晶體中，硅原子核排列是有序的晶格結構，如圖-36所示；將它做成三稜鏡，其斜面的硅原子核就會錯開排列，這種斜面排列形式就杜絕了光線從硅原子核下方進入鏡體的可能性；如圖-37所示，從硅原子核上方通過的光子有二種類型，它們互呈“180°翻轉”對稱，假如一種光子從硅原子核上方通過時會產生雙曲線運動，那麼，這種運動就表現為“反射型”偏振光；而另一種光子從硅原子核上方通過時就會產生圓或橢圓形式的曲線運動，這種運動就表現為“折射型”偏振光。

圖-36 圖-37

根據庫倫磁荷定理F=k_mQ_mq_m/r²可知,越靠近硅原子核的光子所產生的運動曲線曲率就越大，其透過三稜鏡後產生的彎曲度就越大，並向紫光靠近；反之產生的彎曲度就越小，則向紅光靠近，如圖-38所示。

圖-38

這就是三稜鏡對照射光線產生折射與反射的物理本質所在。

3、結束語

通觀現代光學理論可以看出，我們對光現象的解釋是一種無厘頭的描述，從“幾何光學”到“波動光學”再到“量子光學”都沒能真正解決光的“波粒二象性”本質問題，這是因為光子運動真的具有“波粒二象性”嗎？我看非然！

現在我們知道了光是由光子組成的，光子具有自旋和自旋磁矩性，但我們解釋光衍射現象時卻曾沒有真正地將它的這些物理屬性運用到“波粒二象性”的詮解上來，這不能不讓人深思！

光幾何學和波理論充其量只能算是對光現象描述的理論，根本不是對光衍射形成物理機制本質的探討；量子力學雖然在這方面做過“努力”，但它卻忽略了物質空間的磁場性，這是它也無法真正解決“波粒二象性”本質的根源所在！

如果我們從粒子自旋、自旋磁矩性出發，兼考慮窄縫、小孔空間的磁場性，那就為我們解決“波粒二象性”的本質問題憑添了“一種”希望。

本節正是沿著這一思想去“嘗試”性地思考“波粒二象性”現象出現的物理本質問題，但願這種“嘗試”能夠對廣大物理學研究者和愛好者產生“啟迪”效果，並期望更多“有志之士”關注這種“思路”的研究與探索！——對此，本人將“感激不盡”！

但願“追光”路上，我不再孤獨！

【特別聲明】：

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【參考文獻】略

【注】：

[1]、衍射：http://baike.sogou.com/v2782499.htm;jsessionid=07290DD71433EFCF93ABA94B222A9C80.n2

[2]、中科院物理研究所·物理實驗室/《單自旋量子態的探測與控制》：

http://sf5.iphy.ac.cn/chinese/directionview.asp?cid=12

[3]、季灝/《“干涉”實驗的新研究》，《中國科技成果》2008年 第14期 ，P30-32.

http://blog.sina.com.cn/s/blog_9f045b310101d24x.html

[4]、光的色散：

http://baike.baidu.com/link?url=2ceMbX9bFkYpxGHvgoLVDplkn3GAP71w37OruOjZ5CiPadOPZERCf6lGl8j_q3akJLfitvMGp80CbusCY9_7Qa

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