千虑一得之奇想录

11.2.3.6.3.2质疑:小小的水滴怎样形成彩虹?
目前,对彩虹的形成原因,大多解释为阳光在小水滴的2次折射和1次反射后形成的。如上文图示。
对此,我们有如下疑问:
1)大小不符。按照这个原理推断,彩虹是由两个小水滴各自形成的色散后组成的。其大小与水滴的大小有一定的关系。我们知道水滴的直径是毫米级的,两个水滴之间的距离,甚至低于1毫米。从如此小的空间内,产生的色散大小也应该不会太大吧。(如果数百公里的彩虹真的从两个小水滴这里出发形成的,那需要光的强度该多么大?)但是,从现实情况来看,彩虹小则仅仅几厘米,大则横跨江河湖泊,有数十公里,甚至上百公里之大。显然,间距微小的小水滴,不足以产生差距如此大的色散图案。
如果彩虹是第三个甚至更多的小水滴共同作用下形成的,那么怎样才能保证每次形成彩虹时,这些小水滴的位置都恰如其分,组成一个图形十分规整、干净利落的七色彩虹呢?
2)状态不符。如果彩虹是单个小水滴形成的,那么,彩虹应该随小水滴位置的变化而变化,不应该位置基本固定不动。生活中的彩虹,不管大小,形成后,在空中的位置基本不变。任凭空中风起云涌,瀑布下波涛汹涌,彩虹都静静的悬挂在那里。
3)颜色的排列不符。两个小水滴经过折射和反射可以形成两个色散,分别是紫、靛、蓝、绿、黄、橙、红; 紫、靛、蓝、绿、黄、橙、红,其中第一个色散最后的光颜色为红,第二个色散开头的颜色为紫。但是,却不能形成七色彩虹。如果这两个色散上下排列起来,分别取红光和紫光,那么,彩虹的颜色排列应为红、无色、紫,而不是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的排列。
4)形状不符。上下两个小水滴之间形成彩虹的横切片段,那么,只有千万个小水滴按照同心圆排列成上下两列,才有可能形成弯曲的圆弧型的彩虹,但是,这种概率几乎为零。如果小水滴是无序分布,随机进行折射和反射,那么,彩虹为何只是集中在某一圆弧线上,而不是均匀分布成半圆面或者扇面状呢?

楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-01-06 19:54:41 +0800 CST  

11.2.3.6.3.3探讨:光的色散的动力来源以及影响因素
我们在前文分析到,光的色散可以形成七色光,其排列顺序为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。这与彩虹的排列顺序完全相同,那么,彩虹会不会也是色散现象?
在上文光的色散示意图中,我们分析了光的折射和光的色散。从本质上来说,光的色散属于光的折射。它们之间的区别就在于光的折射虽然发生了光的发散,但是,发散的程度不够,各色光还聚在一起,折射后的光线看起来还是白光;而光的色散发生了光的发散,各色光彼此分开。为何遵循同样的原理,却产生不同结果?
其原因在于中微子(光)进入、离开折射体时,两次受力方向有所不同。
光的折射,其光的运行方向一直未变化:如上图,以入射边为x轴,以入射点为原点,光从入射边的第二象限射向原点;光射出时,以射出边为x轴,以入射点为原点,然后由原点从射出边的第四象限射出,其运行方向相当于未发生改变;而光的色散,其光的运行方向发生改变:从入射边的第二象限射向原点,然后由原点从射出边的第一象限射出。因为入射边与射出边的角度发生变化,光从第二象限射入,从第一象限射出。很明显,这两次的光线的运行途径是不同的,其受到表面张力的方向是相反的。
这样,光的折射现象中,光的进出共经历两次表面张力的作用,两次力的作用力矩相反,所以光最后仍能返回其原来的方向;而光的色散现象中,也经历两次表面张力的作用,但是,这两次力的力矩方向相同,从而更加大了光的发散,使各种颜色的光彻底分开,各自显示各自的颜色,不再集中到一起显示白色。
可见,由于物体的几何形状不同,导致光线进入、离开物体时的方向和角度不同,直接影响到光线的受力方向,最终结果导致光是否进一步发散或者重新恢复原方向,即是否产生光的色散现象。
那么,我们或许可以认为,能够发生光的色散要满足的条件:1) 折射体;2)一定角度的入射、离开的白色光;3)拦截屏幕以及拦截角度。
我们来分析一下影响光的色散的几个条件:
1) 折射体的形状与大小
折射体的性质决定了折射率的大小。当分子间距小,分子间的吸力大,折射体的折射率就大。光从进入到离开这个过程中,产生的偏转角度就大。
除了固态透明体,比如玻璃等,可作为折射体,液态物质、气态物质都可以作为折射体,比如缓慢流动的液态水、水蒸气团、平流雾、大气层等(由于流动缓慢,可以近似认为其静止不动)。相对于固态、液态折射体的均匀折射,气态折射体由于密度分布的不均匀性,相当于该折射体由多层密度不同的区域组成,光线在其中穿行,相当于不断的进入、离开不同层的折射体,其产生的色散效果也会比较明显。
折射体的形状能决定了折射光的发散程度。
我们把光进入、离开折射物体的两个面称为进入面和离开面。那么,这两个面的夹角大于一定的程度(具体公式再定),就能保证光线进入、离开时,两次受到的力矩是同一方向,就能保证光的进一步发散,即形成色散。
在常见的物体中,长方体、正方体等,当使用对称的侧面作为进入面和离开面时,不会发生色散现象(因为对称的两个侧面相互平行,它们的夹角为0度);当使用相邻的侧面作为进入面和离开面,能够发生色散现象。三棱柱由于不存在对称面,因此只能有一个结果:产生色散现象。
折射体的大小也决定了折射光的发散程度。
从理论上来说,因为彩虹是光的色散。其大小取决于拦截屏幕与折射体之间的距离。距离越大,形成的彩虹也就越大。但是,如果距离太远,形成的彩虹或许很模糊,甚至不稳定。一般情况下,地球上出现的彩虹与折射体之间的距离差别不大,我们或许可以近似的不考虑距离这个因素。
物体作为接纳折射光的主体,其大小决定了能够允许多少光进行折射。从这个角度来说,折射体的大小部分决定了彩虹的大小。另外,折射体越大,光线发散程度越大,越易形成光的色散现象。所以,在早上和傍晚,阳光长距离的穿越大气层这个折射体,光的发散程度相对较大,更容易形成彩虹。
2) 一定角度的入射、离开的白色光
从上文的分析中,我们可以看出,遮挡物的形状决定了入射光的角度和方向。而入射光的角度也会决定不同的折射结果。
圆球体、椭圆体会随入射角的变化而产生不同的结果。假设入射角为小角度,靠近水平面,那么,折射光线越接近对称的水平圆面,越不易发生色散现象;入 射角为大角度,折射光线越远离水平圆面,越易发生色散现象。因为折射光线越靠近水平圆面,离开面就越可能与射入面对称。相当于光线垂直方向进入、离开折射体。
日常生活中,空气中的小水滴,应该不是纯球形,而是类球型。各色光通过球体能够形成发散的结果,因此,单个小水滴能产生也一缕彩虹。但是,单个水滴形成的色散很难有效连接形成规则的完整的圆弧形彩虹。据此推测,彩虹这么规模宏大的自然现象,不应该是光线在单个水滴内折射、反射形成,应该是大量水滴形成的稳定气团体对中微子产生了持续的吸力造成的。
雨后,在地球表面的水蒸气团沿地表向上升起,向四周扩散。其总体形状就是一段与地球半径基本相同且有一定厚度的圆弧型,是一个球体(包括地球与水蒸气团)的一部分。因此,阳光在这个球体内会发生着折射作用,具备形成彩虹的条件。
向空气中喷洒水时,水分裂成小水滴并向四面八方扩散,其扩散的轮廓大体上是球型。因此,阳光穿过该区域,也具备形成彩虹的条件。
3)接收屏幕
接收屏幕能够拦截光线,并把部分光线反射回来,让我们看到。如果没有接收屏幕的反射作用,即便形成彩虹,或许,因为漫反射向四周的光线太弱,我们也看不到。所以,在小孔衍射和双缝干涉的试验中,要想看到干涉条纹,就必须存在拦截屏幕。
平板等固体物体用做拦截屏幕时,可以从任意角度摆放屏幕都能做到拦截和漫反射,我们可以从不同角度观察到。但是,水滴的屏幕进行拦截时,一方面起拦截作用的不是水滴正冲着光线的表面,而是水滴的另一侧的内反射面;另一方面,据资料,当反射光线与照射光线成40—42度左右时,光线的反射作用才最明显。其它角度范围的反射光,或者方向散乱、断断续续不能形成视觉,或者许多种频率混合能够形成白光。
可见,当太阳的位置、一定浓度的水蒸气团本身以气团及的位置固定下来,那么,能够看到清晰彩虹的地面位置范围基本就固定下来了。
楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-01-07 19:48:17 +0800 CST  

11.2.3.6.3.4探讨:高透光率球型水滴的聚拢光的能力是形成彩虹的动力来源
百度:透光率是一个物理词汇,是表示显示设备等的透过光的效率,是透过透明或半透明体的光通量与其入射光通量的百分率。
当光线入射玻璃时,表现有反射、吸收和透射三种性质。光线透过玻璃的性质,称为“透射”,以透光率表示。光线被玻璃阻挡,按一定角度反射出来,称为“反射”,以反射率表示。光线通过玻璃后,一部分光能量被损失,称为“吸收”,以吸收率表示。反射率+吸收率+透光率=100%。普通采光玻璃的透光率平均来说略高于80%,磨砂玻璃的透光率在90-95%左右。水对各种颜色的光的透光率各有不同,差距也较大。具体数值未查到,我们大体推断,水对各种颜色的光的透光率就像玻璃一样,大约均大于80%吧。……
在阳光穿越气团形成彩虹时,气团中的接近球型的小水滴让80%以上的光通过自身,仅仅反射了光线的不足20%左右(吸收率低于1%)。那么,我们应该顺着光的大部队继续走下去,看看到底发生了啥。而不是仅仅研究反射回来的20%的光的小部队。
前文中,我们分析了,光通过折射体会发生折射。不同形状的折射体因为外形不同,具有的表面张力不同,对应的光的折射路线是不同的。对于三棱柱的折射体,发生折射后,紫光的位置相对于其它光要滞后。也就是说,光从左向右射入物体,紫光就处于最左方;光从左向右离开物体,紫光就处于最右方;光从上向下射入物体,紫光就处于最上方;光从下向上射入物体,紫光就处于最下方。
那么,对于球型折射体,其折射有何规律呢?
从原理上来讲,当光线射入球型体的表面,必然受到指向球心的表面张力。与三棱柱的表面张力比较,这个力显得更直接、明显。在表面张力的作用下,中微子运行方向发生偏转,指向球心。其中,振动频率高的紫光受力更大,偏转角度更大。从现象来看,与三棱柱发生的色散现象相同,紫光的位置也滞后其他颜色光的位置,紫光一直处于穿越球型体的这束光的内侧。即光从上向下射入球型体,紫光就处于最上方;光从下向上射入球型体,紫光就处于最下方。
从这个角度来判断,彩虹的颜色分布中,紫光处于最下方,那么,我们就可以大胆推断:形成彩虹时,阳光是从上方射入的。
球型折射体的折射线路如下图。



可见,光沿着水平方向穿越球型水滴,大体会从3个位置穿越:球体上部、球体中轴线、球体下部。其对应的折射路线分别是向下偏转(紫光在下),不偏转,向上偏转(紫光在上)。从球体直径穿过的光不发生偏转,我们可以暂不考虑这部分光,不影响最后的结果分析。
我们继续跟随光的大部队继续前进。
当光分别从球型水滴的上部或下部水平穿过,来到下一个水滴时,也会发生两种情况:从上部或者从下部穿越。这样,就产生4种情况:
1)从下部穿越的向上偏转的光,继续从下一个水滴的下部穿越。结果是,光继续向上偏转,偏转角度进一步加大;
2)从下部穿越的向上偏转的光,从下一个水滴的上部穿越。结果是,光恢复水平方向;
3)从上部穿越的向下偏转的光,继续从下一个水滴的下部穿越。结果是,光恢复水平方向;
4)从上部穿越的向下偏转的光,从下一个水滴的上部穿越。结果是,光继续向下偏转,偏转角度进一步加大;
按照这个规律继续穿越下去,必然形成如下结果:除了有一小部分光将偏转到最外层,离开球体外。大部分光大都经过小水滴多次上上下下的折射,向中心汇聚,光线离开球体时会与拦截面(不管是球面还是平面)相交,交点的轨迹成圆形。光最终从这个圆形区域以接近水平方向射出。
交点形成圆形轨迹的原因:由于对称性,从球体某一纵断面的同一圆周上的上、下、左、右等部位的入射光点,经折射后,向球心聚集。在前进的过程中,受力相同,所以,这些光点与球心的距离必然保持相等。所以,这些点必然一直位于一个半径逐步缩小的圆周上。这个半径小的光圆离开球体时,与原来的球体的球面相交,其交点轨迹一定是一个圆。如果拦截屏幕是一平面,交点轨迹也是圆。
同理,当太阳光点以处于不同的同心圆的形式进入比较均匀的气团中,受力情况也基本对称。因此这些原本处于同一半径的圆周上的光点彼此间会一直保持对称的状态。经过水滴的折射后,它们依然保持对称性,处于同半径的圆周上。这样,这些光点从气团中冲出时,与气团的交点也应该是一个个同心圆。
可见,光进入对称的折射体或者对称光进入一般的折射体,均有可能产生光的对称聚拢,形成亮的圆斑。
下面,我们使用一个盛满水的球体做的试验。


试验器材就地取材,使用家中的装饰物:装满水的玻璃球体,内有两个小孩子模型。
当我们把玻璃球体正冲着灯光,很容易发现,在球体的背面,出现一个圆圆的亮斑。如上图所示。而且,两个小孩子的身影也经过缩小,出现在亮斑内。
这个试验结果符合我们的推测,也验证了光经过球体的折射,能够造成光线的聚拢效果,聚拢后的光点的轨迹是圆。
这个试验结果,也解开了彩虹色散和其形状呈圆弧状的谜底。我们把飘在地表的气团看成一个接近半球体气团。那么,阳光穿过这个气团也会发生光线聚拢的作用,聚拢的力度与气团内水滴的大小与多少有直接关系。最终,光线聚拢,所以能够形成亮的圆弧。同时,在向球中心聚拢的过程中,紫光受力较大,因此,其向中心的偏转角度大,这使得光得到发散,最外圈为红光,最内圈为紫光。
可见,彩虹是原本处于同一圆周的太阳光点,经过折射的缩小作用和散光作用,重现投射到拦截屏幕上。太阳、气团组成一个起缩小作用的投影仪系统。
彩虹的圆弧线是多条光线经过折射、分散、汇聚形成的,因此具有较强的亮度。我们能够清晰地看清这个亮的圆圈。圆弧线里面区域,也是汇集了很多的光线,是不同颜色的光重叠在一起,具有一定的亮度,但显示的颜色只能是白光。
日常生活中,彩虹大多只能形成上部的半圆型的,还有更多的彩虹只能形成短短的圆弧状。这个原因也很好解释,主要是因为地球水平地表对彩虹的切割造成的。由于地表不是水平的,是有一定的弧度,因此,气团的形状只能是半球体,甚至是月牙体,只有上面的一部分,没有下部分。彩虹能够形成的位置即交点的位置,也只能到地面为止了。
那么,有没有接近完美的圆形彩虹呢?
答案是肯定的,有!
那就是佛光现象。

楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-01-08 18:19:14 +0800 CST  
11.2.3.6.3.5百度:佛光
百度:佛光。佛家认为佛光是菩萨头轮放射出来的光芒。
物理学里佛光是一种"日晕"。当阳光照在云雾表面,经过衍射和漫反射作用形成佛光的自然奇观。阳光将人影投射到云彩上,云彩中细小冰晶与水滴形成独特的圆圈形彩虹。是阴沉天气时,强烈阳光照射云雾表面后形成的一种衍射现象。"佛光"奇观的出现要有阳光、地形和云海等众多自然因素的结合,因此比较罕见。
佛光也称"峨眉宝光"。太阳相对方向处的云层或雾层上围绕人影的彩色光环。人背太阳而立,光线通过云雾区小水滴经衍射作用所致。常见于山区,中国峨眉山最常见。在中国峨眉山金顶的摄身岩前,平均每五天左右就有可能出现一次佛光,时间一般为15:00-16:00。佛光看上去是一个七彩光环。而人影在光环正中。而且人影随着人而动,变幻之奇,出人意外。自公元63年发现以来,不仅具有1900多年的悠久历史,并以世界奇观名驰中外。
"佛光"发生在白天,产生的条件是太阳光、云雾和特殊的地形。早晨太阳从东方升起,佛光在西边出现,上午"佛光"均在西方;下午,太阳移到西边,佛光则出现在东边;中午,太阳垂直照射,则没有佛光。只有当太阳、人体与云雾处在一条倾斜的直线上时,才能产生佛光。它是太阳光与云雾中的水滴经过衍射作用而产生的。如果观看处是一个孤立的制高点,那么在相同的条件下,佛光出现的次数要多些。"佛光"由外到里,按红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的次序排列,直径约2米左右。有时阳光强烈,云雾浓且弥漫较宽时,则会在小佛光外面形成一个同心大半圆佛光,直径达20-80米,虽然色彩不明显,但光环却分外显现。""佛光"中的人影,是太阳光照射人体在云层上的投影。观看"佛光"的人举手、挥手,人影也会举手、挥手,此即"云成五彩奇光,人人影在中藏",神奇而瑰丽。
"佛光"出现时间的长短,取决于阳光是否被云雾遮盖和云雾是否稳定。如果出现浮云蔽日或云雾流走,"佛光"即会消失。一般"佛光"出现的时间为半小时至一小时。而云雾的流动,促使佛光改变位置;阳光的强弱,使"佛光"时有时无。"佛光"彩环的大小则同水滴雾珠的大小有关:水滴越小,环越大;反之,环越小。
实际上,佛光是光的自然现象,是阳光照在云雾表面所起的衍射和漫反射作用形成的。



楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-01-09 20:08:56 +0800 CST  

11.2.3.6.3.5探讨:佛光让我们看到了接近完整圆形的彩虹

从上文中我们分析到,由于地表的切割作用,我们看不到完整的彩虹。那么,在什么情况下,才能看到完整的圆形彩虹呢?
要看到完整的彩虹,应满足的条件:
1)折射体:山顶的雾气。山顶的膨胀的雾气大体类似于球体的一个巨大的水蒸气团。这个水蒸气团能够造成光的折射和光的发散。
2)一定角度的入射光:阳光从稍高处射入。因为接近水平照射,折射、聚集作用所产生的下半部分彩虹会照射到地面,消失不见,或许只能得到半圆形的彩虹。稍高一定的角度,全部聚拢起来的光或许应该可以经过悬崖下的气团传播地更远。传播距离远,一方面,折射、聚集效果更佳;另一方面,光折射、聚拢后形成的完整的亮斑才有可能照射到合适的悬崖下方的气团上。我们才有可能看到完整的彩虹,即佛光。
因为彩虹是聚拢了一部分光,完整彩虹聚拢了更多的光,因此,佛光看起来比彩虹更明亮。佛光中的人影,只不过是人的身体遮挡了阳光而形成的阴影。如果没有人的存在,应该也会形成佛光。只要具备条件,佛光就会准时出现。
3)拦截屏幕:海拔稍低的、流动缓慢的雾气。比如拥挤在半山腰的雾气,其海拔高度比山顶的要低。因此,阳光折射后形成的亮斑不是照射在地面,而是完整的照射到这团雾气上。该拦截屏幕的主体是千万个微小的小水滴。这些大量的小水滴组成一个“平面镜”,就像平流雾能够反射光线一样,把发散的色光反射到我们的眼中,我们就看到了佛光。
佛光的形成过程,如下图。


楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-01-09 20:09:08 +0800 CST  
11.2.3.6.3.6猜测:彩虹的形成示意图

我们先来看一下光线在雨后气团中穿越时光线聚拢的简化示意图。


如果这个规律存在的话,那么,我们在能够形成彩虹的气团中,从某个角度,应该能看到一道道亮光。这个试验应该如何验证呢?本人能力有限,希望有能力、有条件的爱好者能够进行查证。
在存在光线聚拢的前提下,我们再来看一下彩虹形成的全景图。



从上图彩虹的形成示意图,可以解释很多现象:
1)彩虹可大可小。根据水汽团的大小,可以形成可大可小的彩虹。小则仅仅数米,大则上百公里;
2)彩虹能够与地面相连。只要水汽团从地面升起,被水蒸气团折射的阳光同心圆就能铺在水蒸气团以及地面上,我们只能看到水蒸气团反射的彩虹,看不到被地面吸收了的光线。这样,看起来,彩虹似乎从地面凭空升起一样。
3)彩虹的形状是圆弧状,而不是半圆面或扇面型。彩虹的彩色弧线的内侧看起来较亮。因为圆弧型的彩虹内侧,各种色光也经过发散,由于各种色光相互重叠,亮度增加,所以,彩色的彩虹内侧看起来能显示稍微明亮的白光。
4) 尽管风起云涌,浪潮澎湃,但是彩虹在其中悬浮不动。
因为光源不变,只要时时刻刻有水分子填补到水蒸气团流动形成的空缺位置,形成稳定连续的气团,保证阳光的折射以及拦截屏幕能够拦住大部分光线,最后的成像仍然是一个完整的图像。就像光柱中的灰尘乱飞,我们依然清楚地看清光柱一样。
5)为何天上的白云不能形成彩虹?因为空中温度低,白云中存在大量的小冰晶,这些冰晶不但不能聚拢阳光,反而能够吸收光能,失去振动能量的中微子就只能是普普通通的中微子,不再发光(即我们的视觉系统不能被触发)。随着白云数量的增加,我们看不清、看不到的地方就越大,白云也就变成乌云。
6)地面的大雾为何不能形成彩虹。我们认为:水在空气中的溶解度是有限的,一般情况下,空气中水蒸气约占空气体积的0%--4%。随着空气中的水蒸气的增加,就会不断的有小水滴从空气中析出,更多的小水滴汇集到一起,形成大水滴。大水滴形态各异,不再是球体,其聚拢光线的能力将大大缩减,光线的走向也将变得不再规则,所以,大雾天气就不可能形成规则的彩虹。只有气温较高,空气湿度不大的情况下,洒水时,水在分散成小水滴初期,各个细微的小水滴刚刚分离,彼此藕断丝连,这时,最容易形成彩虹。
7)同一瀑布前,早上形成的彩虹位置要高一些。这主要是,早上,阳光射入气团的角度低,因此,聚拢光线照射在拦截面的位置基本与光线水平。随着太阳的升高,射入的光线的位置越来越高,聚拢光线照射在拦截面的位置越来越靠近地面,彩虹的位置就越来越低。

楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-01-10 19:55:05 +0800 CST  
11.2.3.6.3.7猜测:霓与彩虹的关系图

由图可见:
彩虹与霓,本质上没有区别,只是在最后关头,穿越小水滴的位置不同。
当越来越多的光聚拢到一起,还没有彻底分开时,它们的最后几关的行程却不再相同。有的光从小水滴的上部穿过,形成紫光在下的彩虹;有的从小水滴的下部穿过,形成紫光在上的霓。
在日常生活中,彩虹常见而霓却不常见。其中的原因,或许与气团的形状有关。因为气团大体呈半球体,越往下宽度越大。因此,光线在往下方折射时,有足够的距离、时间进行聚拢作用,得到数量众多的中微子,再按照振动频率的高低进行发散,容易形成彩虹。越往上方,宽度越窄,没有足够的距离、时间进行聚拢作用,得不到足够的中微子,数量微弱的光即便能够发散,或许很微弱或者不可见。
或许,这就是彩虹常见而霓不常见的原因吧。
楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-01-11 19:51:16 +0800 CST  
11.2.3.7猜测:用粒子性来解释光的衍射现象
11.2.3.7.1百度:光的衍射
……光不仅会沿直线传播、折射和反射,还能够以第四种方式传播,即通过衍射的形式传播。
光在传播过程中,遇到障碍物或小孔(窄缝)时,它有离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象。这种现象叫光的衍射。衍射时产生的明暗条纹或光环,叫衍射图样。光的衍射和光的干涉一样证明了光具有波动性。
产生衍射的条件是:由于光的波长很短,只有十分之几微米,通常物体都比它大得多,所以当光射向一个针孔、一条狭缝、一根细丝时,可以清楚地看到光的衍射。用单色光照射时效果好一些,如果用复色光,则看到的衍射图案是彩色的。
光的衍射现象的观察和特点。衍射是一切波所共有的传播行为。日常生活中声波的衍射、水波的衍射、广播段无线电波的衍射是随时随地发生的,易为人觉察。但是,光的衍射现象却不易为人们所觉察,这是因为可见光的波长很短,以及普通光源是非相干的面光源。当用一束强光照明小孔、圆屏、狭缝、细丝、刀口、直边等障碍物时,在足够远的屏幕上会出现一幅幅不同的衍射图样。
法国科学院曾经举办了一个关于衍射问题的有奖辩论会,菲涅耳赢得了这次辩论。作为反对光波动学说的其中一位,西莫恩•德尼•泊松提出,如果菲涅耳声称的结论是正确的,那么当光射向一个球的时候,将会在球后面阴影区域的中心找到亮斑。结果,评审委员会安排了上述实验,并发现了位于阴影区域中心的亮斑(它后来被称作泊松光斑)。这个发现极大地支持了菲涅耳的理论。他的研究为克里斯蒂安•惠更斯发展的光的波动理论提供了很大的支持。他与杨的理论共同反驳了牛顿关于光是粒子的理论。
光波遇到障碍物以后会或多或少地偏离几何光学中直线传播定律的现象。几何光学表明,光在均匀媒质中按直线定律传播,光在两种媒质的分界面按反射定律和折射定律传播。但是,光是一种电磁波,当一束光通过有孔的屏障以后,其强度可以波及到按直线传播定律所划定的几何阴影区内,也使得几何照明区内出现某些暗斑或暗纹。总之,衍射效应使得障碍物后空间的光强分布既区别于几何光学给出的光强分布,又区别于光波自由传播时的光强分布,衍射光强有了一种重新分布。衍射使得一切几何影界失去了明锐的边缘。意大利物理学家和天文学家F.M.格里马尔迪在17世纪首先精确地描述了光的衍射现象,150年以后,法国物理学家A.-J.菲涅耳于19世纪最早阐明了这一现象。……
楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-01-11 19:52:08 +0800 CST  
11.2.3.7.2质疑:光的衍射为何证明光具有波动性?
光就在我们四周,我们对于光的确十分熟悉。但是,对于光的深入研究,却没有多少多少进展。外国的科学家们早早就开始进行研究,在科技不十分发达的时候,他们就得出了很多的结论,比如光的波动性与粒子性的二相性。科学的探索应该是螺旋式上升的。在科学发展比较迅速的今天,运用今天的高科技,来检验和回顾一下过去的发现。或许,我们还能意识、发现过去的研究中存在着不少的错误。
对于光的波动性和粒子性之争,国外科学家经过研究探索,已有定论。那就是光具有波动性和粒子性的二相性,这就是他们的结论。但是,这个结论到底是否正确呢?一般常识来看,任何事物只要能够彼此相抗争,说明,矛盾的双方都存在着正确和错误的东西。那么,光的波动性与粒子性都存在那些错误呢?
我们常常在想,光的四种传播方式:沿直线传播、折射、反射和衍射。其中,前三种都证明光的粒子性。特别是光的折射,能够使光产生发散作用,形成七色的彩虹和霓的现象。而同样产生七色的光的衍射现象,却证明光的波动性,这是为什么呢?同样打在物体上,打在物体表面上,产生的折射、反射就是粒子性的最好证明,打在物体中间的小孔、缝隙处,产生的现象是衍射、干涉条纹,就是波动性的证明,而不是粒子性的证明了?难道区区一个小孔、狭缝,就有如此大的魔法?
反过来思考,如果我们能够继续用粒子性理论来解释这些现象,那么就不需要波动性这个理论了。毕竟,从粒子性到波动性,这个弯转的有点大!下面,主要提出我们的思考方向和进程,用粒子性来解释光的衍射现象,包括小孔衍射和双缝干涉。我们相信这个思考方向有一定的合理性,但思考过程或许还有错误,还存在不完善的地方,还有待于进一步改进。
那么,就让我们再来仔仔细细看看这个小孔、狭缝吧。
楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-01-11 19:53:03 +0800 CST  
11.2.3.7.3探讨:狭缝、小孔的衍射用粒子说来解释的可能性
狭缝、小孔的衍射试验过程:
①狭缝衍射
让激光发出的单色光照射到狭缝上,当狭缝由很宽逐渐减小,在光屏上出现的现象怎样?
当狭缝很宽时,缝的宽度远远大于光的波长,衍射现象极不明显,光沿直线传播,在屏上产生一条跟缝宽度相当的亮线;但当缝的宽度调到很窄,可以跟光波相比拟时,光通过缝后就明显偏离了直线传播方向,照射到屏上相当宽的地方,并且出现了明暗相间的衍射条纹,狭缝越小,衍射范围越大,衍射条纹越宽。但亮度越来越暗。
②小孔衍射
当孔半径较大时,光沿直线传播,在屏上得到一个按直线传播计算出来一样大小的亮光圆斑;减小孔的半径,屏上将出现按直线传播计算出来的倒立的光源的像,即小孔成像;继续减小孔的半径,屏上将出现明暗相间的圆形衍射光环。

根据实验结果,我们可以看到光的衍射图案。
以下分别是方形小孔、圆形小孔、红色激光的圆孔衍射图案






观察这些衍射的图案,其特征:
1)中央形成了大亮斑;
2)四周形成与小孔同型的图案;
3)有同型的暗纹依次相间排列;
4)每个图案中,按照红橙黄绿青蓝紫,由外到内排列;
假设我们用粒子说来解释小孔衍射现象,那么,就必须解释产生这些现象的原因。如果能用粒子说解释的通,那么,就没有波动说的存在了。
用粒子受力的原理来解释小孔衍射的4个特征,概括起来讲,必须解释清楚两个问题:1)中微子通过小孔发生偏转的动力来自哪里?为何不同的振动频率的中微子受到的力不同产生的偏转角度不同;2)为何衍射图案根据小孔的形状而改变。


楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-01-12 19:52:05 +0800 CST  

11.2.3.7.4探讨:用粒子折射说来解释狭缝、小孔的衍射的现象
下面,我们试着用粒子折射说从原理上来解释光的衍射现象
推断1:中微子在小孔内发生偏转的力来自分子间的吸力
我们在分析彩虹的形成时,认为物体表面的表面张力来自分子间的吸力。在微观的层面上,这些分子间的吸力与中微子向外膨胀的压力相平衡。
当我们在物体上钻透一个小孔时,在这个小孔内,是否存在孔壁上的物质分子彼此间的吸力呢?我们认为,应该存在这样的吸力,这个吸力与表面张力的作用类似,并且随着小孔直径的缩小,其吸力会快速增大。当小孔直径特别小时,达到分子直径的级别,这个吸力将发挥其明显的作用。当中微子经过小孔时,应该受到这个吸力的作用,就像光的折射一样,偏离直线方向,形成光的发散,即所谓的小孔衍射现象。
推断2:不同颜色的光产生不同的偏转角度由其本身的惯性力决定
我们在前文分析了,在可见光的范围内,紫光受到的力最大。因为振动频率高的中微子由于振动空间范围更加“致密化”、“实质化”,相当于受力面积增大,因而受到更大的力。因此,其偏转方向更大一些。从这个角度来看,紫光应该最靠近孔壁,即处于外侧,而红光处于内侧。但是,实际结果,紫光处于每组色光的最内测,红光反而处于最外侧。这其中有何原因呢?
我们认为,产生紫光在内红光在外这个现象的原因有两条:
1)受力时间太短。由于小孔厚度较薄,中微子穿越小孔的时间太短,所以,中微子受力时间太短。在这段时间内,或许还不足以使得紫光持续移到到最靠近孔壁;
2)各色中微子的相互作用造成的必然结果。在狭小的小孔空间,到处挤满了一组租各种颜色的中微子。在吸力的作用下,每组中微子都将受到一定的束缚作用,即每组的中微子将被向内压缩。总体积呈减少的趋势。在同一组光中,紫光的横向振动频率高,所以,其横向惯性力最大。紫光受到的吸力最大,最先向小孔壁的方向(向外)移动,在移动的同时,与其它色光进行碰撞,紫光得到其它中微子的横向惯性力,即得到其它中微子的横向移动速度,其它中微子得到紫光的横向惯性力,即得到紫光的横向移动速度。碰撞的结果必定是振动频率最小的红光就将被撞离的最远,所以,红光处于本组光的最外方,也是最靠近小孔壁的位置,紫光将处于本组光的最内测,即远离小孔壁的地方。
可见,正是在小孔这样拥挤的空间,中微子横向惯性力才能显示出来。
推断3:小孔的形状决定了所有分子对空中通过的中微子的吸力合力的大小和方向,也决定了中微子的发散程度,最终影响衍射图案的形成。
圆形的孔,每个的同心圆上的各个点受力大小相同,方向都与该点指向圆心的方向相反。在这个力的作用下,同一同心圆上的中微子在向外扩散时,在任意同一时刻,中微子的位置点都处在同一同心圆,因此,圆孔的衍射图案就是一些同心圆。
方形的小孔,以小孔中心为原地,分别以平行各边的方向为x、y轴的方向。在x、y轴上的中微子团,其受力方向比较定向。在x 轴的中微子团在向外( z轴方向)移动过程中,在Y轴上下方向保持平衡,因此,这些中微子团只受x 轴方向的作用力,其运动方向只沿x轴方向偏转,最后在拦截屏幕上形成沿x 轴方向分布的亮斑;同理,在y 轴的中微子团,最后形成沿y 轴方向分布的亮斑;在其它位置(非X、Y轴)的中微子团中,团中每个中微子的受到孔壁各边的吸力大小与方向都不相同,因此,这些中微子团呈发散式的向外运行,不能同时组团集中撞击到拦截屏幕上,由于中微子呈发散状,单位面积内的中微子数量大大减少,不能触发我们的视觉系统,就不能形成亮斑。因此,最后,只有在x、y轴上分布着中微子团撞击形成类似方形的亮斑。
推断4:暗条纹是无中微子撞击区
中微子频繁撞击拦截屏幕,形成亮斑。而那些没有中微子撞击的位置或者中微子撞击频率较低的位置,是不能触发我们的视觉系统形成视觉的。
在小孔衍射过程中,由于中微子团受到小孔壁吸力的作用,中微子团必然会先产生一个压缩的过程,压缩后的结果,就是中微子团的体积缩小,在两个中微子团就形成空档,不再有中微子存在,因此,两个中微子团发散式撞击到拦截屏幕上,就产生了无中微子撞击的空白区。这就是暗条纹形成的原因。
小孔衍射形成过程如下图。


楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-01-13 19:42:05 +0800 CST  
11.2.3.8探讨:光的衍射现象的其它的可能性

11.2.3.8.1猜测:小孔衍射产生的中央亮斑区是非正常情况下多个第二光源发出的中微子持续碰撞、累积的结果。
在光的衍射图案中,出现了中心亮点和明暗相间图案。似乎与正常情况下光的传播原理不符,即光传播的连续性,不应该出现断档。这应该如何解释呢
我们知道,视觉系统要产生视觉信号,需要两个条件:1)中微子需要具有一定的振动能量;2)对视觉系统的刺激要持续一定的时间。即要有一定数量的高能中微子持续作用。
在光的小孔衍射等情况下,由于狭缝、小孔的间隙很小很小,能够传播过去的中微子数量也较小,总振动能量也很小。这样,从狭缝、小孔到屏幕间形成的多个第二光源,都基本接近变成了最后一个第二光源。这些第二光源虽然有着高能中微子,但是数量不足以引起视觉反应。并且再往四周扩散,就会遇到更多、更低振动能量的中微子,一经碰撞,振动能量会很快被分流、降低,当这些中微子传到我们的眼睛内,或者由于振动能量不足,或者因为高能量的中微子数量不足,不足以引起视觉系统的共振,我们就看不清或者看不见这些连续的第二光源,看不清、看不到从小缝、小孔到屏幕之间的光线了。
虽然,我们看不清这些第二光源,但是,它们却实实在在的存在着。当这些第二光源在水平方向共同向屏幕发射的高能中微子时,会不断提升沿途的中微子的振动能量,一直提升到与第二光源振动能量接近相同的水平。这样,水平方向到达屏幕时,全都是高能中微子。长时间的照射,越来越多的高能中微子到达该区域,碰撞屏幕后进行反射,然后再与后续到达的中微子进行碰撞,重新返回屏幕。使得该屏幕区域高能中微子的数量将达到很大的数量。这样,既有高能中微子聚集到一起,数量又达到了一定的程度,我们就能够看到了屏幕上的亮点。
这样,屏幕中央的亮点也成为新的更大的第二光源。它会与其它水平方向的第二光源发出不同方向的中微子继续相互作用,形成了新的亮条纹。这些亮条纹区域,也是多个第二光源源源不断的发出的高能中微子能够相遇、相碰撞的地方。
由此我们可以判定:在非正常情况下,光的亮度不足,即高能中微子数量不足时,会出现光路不能连续的结果。那些明亮之处,比如屏幕上衍射、干涉图案中的亮条纹,一定是具有足够数量的、不同方向的高能中微子能够相遇、碰撞的区域;而黑暗之处,比如暗条纹则是没有足够数量的高能中微子到达的地方。
或许我们可以根据这条推理来大体了解中微子在空间的真实的传播路线。


楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-01-14 20:15:44 +0800 CST  
11.2.3.8.2猜测:中央亮斑区形成示意图



楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-01-14 20:16:23 +0800 CST  
11.2.3.8.3猜测:旁边亮条纹的形成示意图

从上图分析可以看出,小孔衍射的道理与喷水枪喷出雾状水汽的道理相同。只不过,小孔喷出的是具有振动能量、不可见的中微子。
小孔喷射中微子的压力来自于光源。燃烧时产生的光,是因为化合物的分子被重新组合,释放出存在分子间的低速中微子,这些低速中微子被释放后,会迅速与周边空间的光速中微子进行碰撞,获得动能,其整体压强增大,向外扩张。电灯之类光源,是通电后,灯丝等原子在电流(即大规模中微子团在导体内定向流动)的冲击下,原子间的中微子被释放出来,同样也会吸收能量,压强增加,向外扩张。
小孔衍射的中央亮斑,就像喷水枪把水喷到屏幕上形成的水雾。当喷水枪的压力增大(即小孔的直径变小),屏幕上产生的水雾的面积就大。
小孔衍射图案的明条纹,则是光通过小孔内壁反射形成的次级像。道理类似于弯曲的光纤能够传递光一样,只不过小孔的长度很小很小,并且小孔内壁要吸收一部分能量。
小孔衍射图案暗条纹,是光通过小孔内壁非连续的平面形成的不连续次级像的间断部分。之所以次级像不连续,是因为小孔内壁从微观角度来看,不是连续的纯平面,不能把所有的入射光全部反射出去。只有那些射到原子顶部的中微子,才能按照理论的计算方向反射出去,通过小孔后,形成较暗的次级像。其它区域的光或被吸收,或被反射到其它方向,因此不能在屏幕上成像,屏幕上就形成暗条纹。
小孔衍射的明暗条纹只是不完整的次级像。其形状为小孔内壁的形状。当小孔的长度变大时,有可能所有的光线都不能经过一次反射通过小孔,需要多次反射才能通过小孔,此时,中微子的振动能量被吸收后,变成低能中微子,再相遇碰撞,由于振动能量低,不能引起我们的视觉反应,或许我们看不到次级像。

楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-01-15 19:52:50 +0800 CST  
11.2.3.8.5猜测:小孔衍射现象与霞、彩虹、佛光的本质都是中微子受力产生的偏转

我们在上文分析了产生小孔衍射现象的其它可能性,主要是由于光的反射。并且给出了验证的试验方法。目前,我们没有能力去验证,希望以后爱好者能有验证的机会。
与粒子折射说相比,反射说仅仅是一个单独的例子,并且不能很好的解释光的发散问题,而折射说有大量的同性质的自然现象。
比如朝霞与晚霞是中微子通过云彩发生的折射现象。云彩中相互拉扯的水蒸汽分子、空气分子间,相当于一个个小孔。在相邻的水分子或者空气分子的吸力作用下,中微子通过这些小孔时,会发生偏转。由于小孔厚度较薄,中微子的速度又快,“一雷之击,何至于此?”瞬间短时间的作用,只能使中微子产生一次性的波动。紫光由于振动频率较高,相当于受力面积大,因此,最早产生移动速度。在小孔内拥挤的空间,紫光会与其他颜色的光相碰撞,碰撞的结果就是红光通过碰撞被紫光挤到最外侧,偏转角度大;紫光基本保持原来的方向不变,偏转角度较小。结果基本直线运动不知避让的紫光会被前进路上的大分子物质大量拦截而逐步消失,红光由于偏转角度大,一部分光能够避开前进路上的大分子物质继续前进,从而传播的更远。
比如彩虹也是光通过小水滴的折射现象。由于小水滴内密集的水分子能够产生长时间持续的吸力,最终能够把紫光吸引到最靠近球心(即地心的方向)的位置,也就是紫光的偏转角度最大。因此,紫光的位置最靠近地面。
小孔的衍射,让我们看清了中微子通过狭小的空间时发生的偏转现象。从而让我们更清楚的明白朝霞与晚霞、彩虹的具体形成过程。
由此分析,我们更相信粒子折射说的正确性。
但是,这里还有一个问题,那就是如何判断中微子受力的持续性。朝霞与晚霞现象是中微子通过空气分子、水分的空隙,瞬间受力产生的折射结果;彩虹现象是中微子通过密集的水分子形成的小水滴,持续受力产生的折射结果;小孔衍射是中微子通过类似于空气分子间距的空隙,瞬间受力的折射结果。那么,瞬间受力、持续受力的判断标准是什么?总不能凭空随便判断吧。
目前,我们无法给出答案。希望有条件、有能力者来做出详实的试验数据吧。
楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-01-15 19:53:14 +0800 CST  
11.2.3.8.4试验验证:小孔衍射图案中明暗相间条纹是光反射的次级像
根据上文推断,我们可以重新改进小孔衍射试验进行验证。
1)在小孔与屏幕中央的位置加装能够上下移动的大型挡板,最好能够覆盖整个试验区域。
2)当发生衍射现象后,缓慢的向下移动挡板,靠近小孔(相当于增加了小孔的长度),观察下方的明暗条纹是否有变化;同理,缓慢向上移动挡板,靠近小孔,观察上方的明暗条纹是否有变化。也可以左右移动挡板,观察衍射图案的明暗条纹的变化。
3)如果明暗条纹是小孔反射光形成的,那么,这个试验结果一定会看到屏幕上某一部分的明暗条纹发生改变,甚至直接消失了。
不知哪位好事者有能力去做一下这样的试验。
或者我们把小孔设计成上圆下方的形状,观察明暗相间的亮条纹的形状变化。
或者我们使用长筒来代替小孔。当长筒的长度变长时,观察衍射图案是否会慢慢消失。
试验原理图如下。




楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-01-15 19:53:18 +0800 CST  

11.2.3.8.6猜测:波动说的基石性证据---泊松光斑验证了中微子的粒子性--受力偏转
除了小孔衍射,当用一束强光照明小孔、圆屏、狭缝、细丝、刀口、直边等障碍物时,在足够远的屏幕上会出现一幅幅不同的衍射图样。
这其中的道理何在呢?
运用光产生折射的动力是表面张力产生的向心力这一原理,我们很容易得出:小孔、圆屏、狭缝、细丝、刀口、直边等障碍物时,在光从这些障碍物边缘经过时,必然要受到这些物体在表面产生的向心吸力,所以,中微子向这些物体的边缘(即球心方向)偏转是必然的,也就是说,光的折射现象是必然的现象。光的振动频率的大小决定其受到的吸力大小,所以,衍射图案按照光频大小依次排列也是必然的结果。并且,越靠近障碍物的边缘的中微子组,受到的吸力越大,中微子组被吸力“压缩”的越利害,结果就是形成的暗条纹的宽度越大。
可见,光的衍射与光的折射一样,其本质还是中微子受力的结果。
在狭小的小孔,中微子瞬间受力后并互相拥挤,产生了与彩虹的颜色排列顺序相反的图案,彩虹是中微子持续受力的结果。那么,有没有其他情况呢?
百度:泊松光斑
试验图:


……泊松光斑,也称泊松亮斑。是一种由于光的衍射而产生的一种光学现象。 当单色光照射在宽度小于或等于光源波长的小圆板或圆珠时,会在之后的光屏上出现环状的互为同心圆的衍射条纹,并且在所有同心圆的圆心处会出现一个极小的亮斑,这个亮斑就被称为泊松亮斑。这个亮斑的出现是对光的波动性的一个很好的证明。 有趣的是,虽然这个现象是由最早计算得到它的法国物理学家西莫恩•德尼•泊松命名,但泊松却是企图利用"中心点的光穿过障碍物到达光屏"这个与常识相违背的结论来推翻光的波动说。
1814年,菲涅耳开始致力于光的本性的研究,他再度重现了托马斯•扬(ThomasYoung)于1801年建立的光的双缝干涉实验,并用惠更斯子波原理对这一现象作出完美的解释。与此同时,他开始研究小孔衍射问题。
1817年,法国科学院举行了一次关于光的本性问题的科研成果最佳论文竞赛,菲涅耳加紧了研究工作;他在他弟弟的帮助下,成功地提出了惠更斯--菲涅耳原理(后人的称呼),他用这一原理出色地解释了光的直线传播规律,提出了光的衍射理论的子波解释,并于1818年提交了论文。科学院成立了一个评委会,评委会的成员中有波动的支持者阿拉哥(D。F。Arago1786-1853)。有波动说的反对者泊松(D。S。Poisson1781-1840),毕奥(J。Biot1774-1862)、拉普拉斯(P。S。Laplace1749-1827),有一中立者盖•吕萨克(L。T。Gay-lussac1778-1850)。尽管不少成员不相信菲涅耳的观念,但是最终还是被菲涅耳数学上的巨大成功及其与实验上的一致性所征服,并授予他优胜奖。
泊松想推翻菲涅耳的观点,就借助于波动理论对衍射理论进行详细地分析。他发现:用一个圆片作为遮挡物时。光屏的中心应出现一个亮点(或者用圆孔做实验时,应该在光屏的中心出一个暗斑),这是令人难以相信的事实,过去也未曾有人见到过。菲涅耳又经过严密的数学计算发现,只有当这个圆片的半径很小时,这个亮点才比较明显(或圆孔很小时,暗斑明显)。事后,菲涅耳和阿拉哥精心设计了一个实验,确认了这一亮斑的存在,证明了这一预言的正确性。
这个初看起来似乎是荒谬的结论,是泊松研究菲涅耳论文时把它当作谬误提出来的,但却成了支持波动说的强有力的证据。后来人们为了纪念这一极具戏剧性事实,就把衍射光斑中央出现的亮斑(或暗斑)称为"泊松光斑"。
……
"泊松光斑"这个试验结果是光的波动说的最基础的证据。当初的科学家看到了亮斑后,便再也不怀疑光的波动说了。
科学发展到今天,我们发现了大量的光的偏转现象,大的方面,比如阳光经过天体附近,能够产生偏转;小的方面,光在水中能够产生偏转。仔细分析其中的道理,我们不难得出一个推论:这些现象都是“中微子受力产生了偏转”。
回过头再来看当初波动说的奠基石—泊松亮斑现象,或许会发现,它只是一个正常的光的偏转现象。当然,前提条件是光是具有振动能量的中微子,中微子是有质量的粒子。即光有质量,光是粒子,光能够受到外界对它的吸力,并随吸力而改变运行方向。
按照目前科学家定义的光只有速度没有质量的观点,是无法相信光还会受到力的作用。所以,就更不会从受力的这一角度来分析光的偏转现象。因为,一旦相信光有质量是一种粒子,那么,单个粒子在空间中在不受力的情况下能够以“波形”的方式运行,就是无法想象的。即承认光是一种粒子,那么就相当于否定了这个粒子能够以“波形”的方式运行。即波动性与粒子性从根本上是对立的。所以,以前的科学家不顾光在自然界中大量的折射、衍射现象这些事实以及这些事实背后隐藏着的受力作用的本质,或许,他们索性两眼一闭,把这些相关的现象分别孤立起来,否认他们之间的联系,再把问题简单化,把光定义成质量为0的东西,就能够把两种对立的属性统一起来,然后,他们就开始欢呼起来。终于解决了历史上的一个大问题,并坚信多年。现在看来,这也是一件令人吃惊的事情。
或许,以复杂的、无人亲眼看到的波动说,能够解释泊松亮斑的形成。但是,如果从受力的角度也能够完美的解释泊松亮斑的形成,那么,光的波动性学说还是唯一的可能吗?波动说还能成立吗?
正如一个人从甲地到了乙地,在我们都没有看到他的行进全过程的情况下,有人非得说这个人不正常,喝醉了,他还是摇摇晃晃走过去的,依据就是看到了他的几个脚印不在一条直线上。其实,脚印不在一条直线上,这个现象可以存在很多解释,比较合理的解释就是,他在行进的途中,被别的物体撞了一下,在受力的情况下,造成了行动方向的偏转。
我们来看泊松亮斑,如果从受力的角度来解释泊松试验,可以说是水到渠成,必然的结果。如下图。
中微子在经过圆片或圆珠周边时,瞬间受力,受力后,中微子将向球心偏转。由于圆珠周边空间是开放性的,因此,中微子或许不再发生严重的拥挤,也就是不容易产生色散现象。
稍微呈密集态的中微子集中到达拦截屏幕上,形成同心圆型的亮条纹。由于中微子经过圆珠边缘时,与圆珠的距离不同,这意味着中微子瞬间受力的大小不同,其偏转角度不同。因此,不同偏转角度的中微子在拦截屏幕上,形成不同的同心圆型的亮条纹。
如果拦截屏幕距离合适,所有的同心圆亮条纹都能能够缩小成一点,形成中央亮点,即泊松亮斑。但是,由于距离较远,高能中微子与无振动频率的中微子碰撞次数就多,其振动能量平均分配的次数较多,振动能量缩减的较大。即便最终能够汇聚成一点,也是大量低振动能量的中微子,或许也不能触发我们的视觉系统,即距离过远,我们依然看不到中央亮点(泊松亮斑)。或许,我们猜测:在这些的泊松亮斑中,只有距离圆珠最近的泊松亮斑是可视的。
吸力产生的压缩作用,使得经过圆珠的中微子组间或许还能够产生间隙,这些间隙中是没有中微子的,这样,在拦截屏幕上因为无中微子到达,就会产生无光区,即阴影区。
或许,我们可以采取试验的方法:前后移动拦截屏幕,观察能够得到中央亮斑的位置到底能有几个?



楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-01-16 19:42:39 +0800 CST  
11.2.3.8.7探讨:泊松亮斑的解释说明
1)“只有圆珠或者圆盘的衍射才会产生泊松亮斑。非圆球体,其他形状的物体的衍射,不会产生泊松亮斑。”
说明:到对称轴上任意点的距离相同的点的轨迹是一个球面。这个球面的纵断面就是一个圆,这个圆周上的任意点到对称轴上的某一点的距离相同。在光强度很弱的非正常情况下,少量的中微子同时到达某一点,也能被我们的视觉系统识别。
其他非球体、圆面形状的物体,与对称轴上某一点的距离不同,不能同时到达某一点。在中微子数量很小的非正常情况下,分批到达的中微子由于数量不足,不足以触发我们的视觉系统,就不能形成亮条纹或亮点。
2)泊松亮斑图样与圆孔衍射的比较:均是明暗相同的图形条纹,中心均有亮斑;圆孔衍射图样中心亮斑较大,而泊松亮斑较小;圆孔衍射图样中亮环或暗环间距随半径增大而增大,圆板衍射图样中亮环或暗环间距随半径增大而减小;圆孔衍射图样的背景是黑暗的,而小圆板衍射图样中的背景是明亮的。
“圆孔衍射图样中心亮斑较大,而泊松亮斑较小。”
说明:小孔的孔径小,中微子经过小孔时,受到的吸力大。从小孔中心附近经过的中微子组也能够受到相对较大的吸力,也能产生一定的偏转。这样,中央亮点就变成中央亮斑了。泊松亮斑本质上则是同心圆,可大可小。当汇聚到一点,则称为中央亮点。改变拦截屏幕的水平位置,缓慢向圆珠所在的方向移动,衍射图案则会由中央亮点向中央亮斑变化。当偏转的光线在拦截屏幕上从亮点、亮斑,增大成同心圆亮条纹时,原中央亮点的位置因没有中微子到达就变成中央暗斑(此时,原本汇聚在中央中心位置的中微子,因拦截屏幕前移,会提前与拦截屏幕相遇,而形成同心圆亮条纹)。
“圆孔衍射图样中亮环或暗环间距随半径增大而增大,圆板衍射图样中亮环或暗环间距随半径增大而减小。”
说明:越靠近物体,吸力越大。中微子被“压缩”的程度越大。中微子组间的空档越大,形成的暗条纹宽度就越大。所以,圆孔衍射的图案是越往外,越靠近物体(孔壁),暗条纹宽带越大;圆珠衍射图案是越往外,越远离圆珠,暗条纹宽度越窄。
“圆孔衍射图样的背景是黑暗的,而小圆板衍射图样中的背景是明亮的。”
说明:圆板衍射的拦截屏幕上的背景是明亮的,说明有大量的中微子到达拦截屏幕上,只不过不是集中到达某一处。可能是空间的中微子各向同性的中微子与圆珠上方的光线碰撞后,获得振动能量,碰撞到拦截屏幕上产生微弱的光。而小孔衍射中的拦截屏幕的背景是黑暗的,说明通过小孔的光强度远远低于经过圆珠周边的光强度,空间的各向同性的中微子与这些数量较少的中微子碰撞后,总体平均振动能量得不到提高,因此,到达拦截屏幕上的中微子大多是低能中微子,不能触发我们的视觉系统,所以,看起来黑暗一片。

楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-01-17 19:44:42 +0800 CST  
11.2.3.8.8猜测:日全食形成的红月亮是我们见到的最大的泊松亮斑
11.2.3.8.8.1百度:“红月亮”
“红月亮”指的是月亮光经过地球大气层到达人类眼睛这段产生的颜色变化。但月全食时也会出现红月亮。这是一种很罕见的情况。“红月亮”又被称为“血月”。


11.2.3.8.8.2产生原因
实际上“红月亮”随时都可能发生,在平时月亮很低、在地平线附近的时候,它所反射的太阳光受到地球大气层的影响,从而有一定几率产生“红月亮”,只不过这时候月亮并不一定是“圆”的,或者发生的时间人们没有注意到。
至于月全食时产生的“红月亮”则主要是因为,月全食的时候,地球挡住了太阳的光辉,只有部分太阳光经过地球大气层折射后打到了月亮上,因此呈现了“红月亮”的情况。
根据科学家的解释,“红月亮”的产生,实际上只是光线折射的作用。媒体最终所说的“红月亮”,也只是发生月全食时,太阳光通过地球两侧的时候,波长较长的红色光线通过折射照射到月亮上面,再从月亮上面反射到地球上面,让陷入黑暗中的人们看到红色的月亮。
11.2.3.8.8.3近期发生的红月亮
2011年6月,中科院紫金山天文台的预报,2011年6月16日凌晨中国将发生月全食
2011年12月10日晚,中国迎来了10年来观测条件最好的月全食,几乎全境都可欣赏“红月亮”。据天文台预测,月全食全程从20时45分开始,到0时18分结束,持续近6个小时。从22时06分至22时57分的全食阶段是“红月亮”现身时段。
2013年8月21日晚,山东滨州发生红月亮现象。
2013年8月21日晚,陕西宝鸡发生红月亮现象。
2013年12月20日晚,浙江苍南发生红月亮现象。
2014年7月12日晚,河南新乡发生红月亮现象。
2014年10月8日晚18:30-20:40,广州将首次在广州塔举行观测月全食科普活动,地点设在广州塔488米摄影观景平台、二楼珠江摄影观景平台。
2014年10月8日晚,我国境内将出现难得一见的“红月亮”自然景观,整个月亮都会变成古铜色偏红,因此也被媒体渲染成“红月亮”。
2015年4月4日晚,公众有幸观测到一轮难得的“红月亮”。天文专家表示,这次月食是本世纪持续时间最短的月全食,最精彩的全食阶段(食既到生光)仅有12分钟。
2017年2月12日晚,在山东聊城发生红月亮现象。
2018年1月31日晚,在中国全境及其他国家有幸观测到月全食,红月亮一体的月亮。
2018年7月27日,火星上演“冲日”表演,这次“冲日”特别之处在于这是十五年一遇的“大冲”。届时,地球上的人们会看到一颗火红火红的亮星几乎彻夜闪耀在夜空。
2018年7月28日,月全食现身天空。天文专家表示,因为月球处于远地点位置,这次月全食是21世纪持续时间最长的月食,全食阶段可持续1小时44分。我国除极西部地区可以观测到月食全过程外,大部分地区可见“带食月落”。

11.2.3.8.8.4猜测:红月亮就是一个大号的泊松亮斑
根据科学家的解释,“红月亮”的产生,实际上只是光线折射的作用。媒体最终所说的“红月亮”,也只是发生月全食时,太阳光通过地球两侧的时候,波长较长的红色光线通过折射照射到月亮上面,再从月亮上面反射到地球上面,让陷入黑暗中的人们看到红色的月亮。
这个解释,有一定的道理。但是,假如红月亮的红光来自于地球(太阳光通过地球两侧的时候,波长较长的红色光线通过折射照射到月亮上面),从地球照往月亮的光就已经是红光了,那么,我们夜晚在地球上,应该能看到地球高空的云彩呈现满天红光的景象。事实上,我们只看到天上的红月亮,从没听说过夜晚看到满天的红光的现象。这说明,红光不是从地球发出的,阳光经过地球向月亮传播时,仍然还是白光。另外,日全食时,月亮往往高挂在天空,月球反射回地球的光线以较小的入射角(接近垂直方向)射向地球。此时,不应该形成光线水平穿越地球大气层时的色散现象。也就是说,日全食的红月亮的红光,不是地球大气层折射产生的。
那么,红光来自何方?
我们认为,红光来自光的发散作用。当阳光经过地球,相当于经过一个大“圆珠”,受到圆珠的向心吸力,阳光发生偏转,偏转的角度较小。在地球上,我们看到的仍然是白光。虽然偏转的角度较小,但是,传播的距离够长,经过38万公里的传播,各色光还是彻底的分开了。由于受力属于瞬间受力,因此,红光被挤到最外边,产生较大的偏转角度;紫光留在最内侧,基本保持原方向不变。发生色散的光线遇到拦截屏幕---月亮,就在月亮上留下了各种颜色的同心圆亮条其中红光同心圆在最里面,紫光同心圆在最外边。这就是大号的泊松亮斑啊。现实中试验的泊松亮斑由于传播距离太短,所以未发生色散的结果,只能是白色的同心圆亮条纹。
由于红光被挤到中微子组的最外层,所以,红光照射到月亮的入射角最小,反射角也最小,基本上相当于垂直反弹,所以,我们在地球上很容易看到月亮反射回来的红光。而紫光,由于传播方向基本不变,因此与月球相碰撞时,其入射角最大,反射角也大,反射光线已经不再朝向地球,我们就看不到紫光了。
如此分析,或许,只有红光、橙光、部分黄光、一小部分绿光能够反射回地球,其他颜色的反射光线已经不再朝向地球了。我们在地球看到了月亮反射回来的红光,月亮就成了红月亮了。如下图。


楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-01-17 19:45:29 +0800 CST  
修改:
11.2.3.8.8猜测:月全食形成的红月亮是我们见到的最大的泊松亮斑
楼主 半卷素书看天下  发布于 2019-01-18 19:56:25 +0800 CST  

楼主:半卷素书看天下

字数:1038503

发表时间:2013-11-01 04:19:00 +0800 CST

更新时间:2019-06-09 14:33:12 +0800 CST

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