甘永超

太極初開，陰陽合抱，陰中含陽，陽中含陰，陰陽合諧，相輔相成，這就是世界的本原，也是波粒二象性的本質。原來，世界的本原與波粒二象性的本質是相通的……

①陰陽合抱(第一種波粒二象性——波與粒子是完全平等的,由愛因斯坦1905年揭示)

②陰中含陽(第二種波粒二象性——粒子在運動上具有波動性,由德布羅意1923年揭示)

③陽中含陰(第三種波粒二象性——波在結構上具有粒子性,由甘永超1994年揭示)

第一種波粒二象性——“光的波粒二象性”由愛因斯坦1905年揭示、密立根1916年用實驗驗證，曾頒發(fā)“理論（1921年）”與“實驗（1923年）”兩個諾貝爾物理獎。它揭示了微觀客體可以彌散形態(tài)(波)或凝聚形態(tài)(粒子)這樣兩種不同的形態(tài)存在(如圖1中π的左、右兩部分，其中的“波”與“粒子”都是客觀實在，但它們在存在的時間上卻相互錯開，滿足一定條件時還可以相互轉化)(自然注：實際上這種認識還可前進一步，即立位于零去關注波粒二相的完全統(tǒng)一。這樣必然具有三種客觀存在的狀態(tài)：粒子態(tài)、波態(tài)和零子態(tài)。粒子態(tài)有形；波態(tài)有象；零子態(tài)無形無象，與真空基態(tài)為完全相融。零子態(tài)表征的太極必然是雙s而非單s，且存在中宮空如之地)。

第二種波粒二象性——“實物粒子的波粒二象性”由德布羅意1923年揭示、戴維孫和小湯姆孫1927年用實驗驗證，也曾頒發(fā)“理論（1929年）”與“實驗（1937年）”兩個諾貝爾物理獎。它揭示了當微觀客體以“粒子”的形態(tài)存在時，“粒子”在運動上具有波動性(第二種波粒二象性，見圖1中π的右半部分：其中的“粒子”與“波”同時存在但它們存在的形式卻是一“實”一“虛”，“波”是“粒子”存在的反映(說明“粒子”在運動上具有波動性)，兩者不能互相轉化)。

第三種波粒二象性——“經典電磁場在結構上具有粒子性”由博主于1994年用嚴謹的數學推理揭示(將Dirac1927年所做的電磁場按模式分解進一步推進到電磁場按光子對應分解，從而使每一個“電磁基波”的能量、動量、角動量都能與一個同頻光子的能量、動量、角動量分別對應相等)。它揭示了當微觀客體以“波”的形態(tài)存在時，“波”在結構上具有粒子性(第三種波粒二象性，見圖1中π的左半部分：其中“波”與“粒子”同時存在但它們存在的形式卻是一“實”一“虛”，“粒子”是“波”存在的反映(說明“波”在結構上具有粒子性)，兩者不能互相轉化)。而在此之前經典電磁場卻一直是連續(xù)的、根本沒有分立的概念。

《西游記》中孫悟空的形象在我國是婦孺皆知。我們不妨利用吳承恩所想象的“孫悟空”的故事來幫助我們理解“π型三重波粒二象性”。假設我們所研究的對象(光)像孫悟空一樣，具有七十二般變化……

當孫悟空變成一群粒子(光子)的時候，孫行者的真身就消失了，我們所能看到的是一群粒子，而這群粒子是由孫悟空變化而來的，故與其它的粒子有所不同，它們在運動上具有波動性。

當孫悟空變成一團彌散的電磁波的時候，孫行者的真身也不見了，我們所能看到的是一團彌散的電磁波，而該團彌散的電磁波也是由孫悟空變化而來的，故與其它的波也有所不同，它在結構上具有粒子性——可以看作是一系列“電磁基波”的疊加，而每一個“電磁基波”的能量、動量、角動量都能與(上一狀態(tài))那群粒子中的某一個粒子(光子)的能量、動量、角動量分別對應相等。所以，一團彌散的“電磁基波”就相當于一個“準粒子”(我們不妨把這個與“電磁基波”相當的“準粒子”命名為“虛光子”。一個“虛光子”的能量、動量、角動量與一個“實光子”的能量、動量、角動量是完全對應相等的，只是沒有“實光子”的凝聚形態(tài)，而是以一團彌散的“電磁基波”的形式出現)。

如此，“一群粒子(光子)”與“一團電磁波”就都是孫悟空的化身，兩者之間可以相互轉換，它們都是兩種真實的存在。但是，孫悟空的這二種(存在形式)化身卻不能同時出現(就像白骨精變成老翁、老婦、少女一樣)，必須在存在的時間上相互錯開。這就是“第一種波粒二象性”(如下圖中“π”上面的“一橫”所示，相當于愛因斯坦1905年揭示的光的波粒二象性)。

當孫悟空變成“一群粒子(光子)”的時候，這些粒子(光子)在運動上具有波動性。此時的“波”與“粒子”雖然是同時存在，但是，它們在存在的形式上卻又不相同：此時，“粒子(光子)”是一種真實的存在，而“波(光子的德布羅意波)”卻是一種虛假的存在，是那些“粒子(光子)”存在的反映——“粒子(光子)”在運動上具有波動性。這就是“第二種波粒二象性”(如下圖中“π”的“右半邊”所示，相當于德布羅意1923年揭示的實物粒子的波粒二象性)。

當孫悟空變成“一團彌散的電磁波”的時候，這團彌散的電磁波在結構上卻具有粒子性。此時的“波”與“粒子”雖然是同時存在，但是，它們在存在的形式上也不相同：此時，“波(電磁波)”是一種真實的存在，而“粒子(虛光子)”卻是一種虛假的存在，是一種“準粒子”，是那些“波(電磁波)”在結構上具有粒子性的反映。這就是“第三種波粒二象性”(如下圖中“π”的“左半邊”所示，相當于甘永超1994年揭示的“經典電磁場在結構上具有粒子性”）。

所以“波粒二象性”難于理解，讓很聰明的人都犯糊涂，就是因為有這樣三種“波粒二象性”攪和在一起，而我們又沒能有效地把它們加以區(qū)分，于是，就有了“波”與“粒子”的模棱兩可、撲朔迷離、亦波亦粒、非波非粒、真真假假、虛虛實實、同時異態(tài)、同態(tài)異時……

我們需要孫悟空的火眼金睛，才能有效地區(qū)分這“三種波粒二象性”。很顯然，“第一種波粒二象性”是“本質上的波粒二象性”，它所涉及的“波”和“粒子”都是真實存在的物質，是平等的，只不過在“存在的時間”上相互錯開而已；而“第二種波粒二象性”和“第三種波粒二象性”卻是“現象上的波粒二象性”，它們所涉及的“波”和“粒子”是不平等的，一個是真實存在的物質，而另一個卻是前者存在的反映，是意識！這種“現象上的波粒二象性”就像“樹”與“樹的影子”一樣，雖然兩者同時存在，但它們在“存在的形式”上卻具有本質的區(qū)別：一個是真實的存在，而另一個卻是虛假的存在，是前者存在的反映。

前面我們已經對“孫悟空”變成“一群粒子(光子)”與“一團電磁波”的情況做了分析?，F在，我們將對“孫悟空”是怎樣在“一群粒子”與“一團電磁波”之間進行變化的過程進行一番剖析。

很顯然，“孫悟空”可以先變成“一群粒子”，再變回它的原形，而后，又由其原形再變成“一團彌散的電磁波”。不過，這樣變化起來有些麻煩，減緩了變化的速度，在實戰(zhàn)中一旦與妖魔斗法，在氣勢與速度上就先輸了一成，聰明伶俐的“孫悟空”當然不會這么干，他很可能在“一群粒子”與“一團電磁波”之間直接進行變化。那么，“孫悟空”又是怎樣在“一群粒子”與“一團電磁波”之間進行變化的呢？
讓我們先回憶一下《西游記》中對“孫悟空”與“二郎神”之間一段斗法的描述吧：那大圣趁著機會，滾下山崖，伏在那里又變了，變做一座土地廟兒，大張著口，似個廟門，牙齒變做門扇，舌頭變做菩薩，眼睛變做窗戶。只有尾巴不好收拾，豎在后面，變做一根旗竿。真君趕到崖下，只見一間小廟，急睜鳳眼，仔細觀之，卻見旗竿立在后面，笑道：“是這潑猴了！他今又在那里耍我。我也曾見過許多廟宇，卻從不曾有旗竿立在后面的，斷是這畜生在搗鬼！倘若哄我進去，他便一口咬住。我怎肯進去？等我先搗窗戶，再踢門扇！” 悟空聽得，心驚肉跳?！昂煤荩〈皯羰俏已劬ΓT扇是我牙齒。若搗了眼，打了牙，卻如何是好？”撲的一個虎跳，又冒在空中不見了。
由此可見，“孫悟空”的變化，是有著一種基本單元的對應關系的。那么，“孫悟空”又是基于一種什么樣的對應關系而在“一群粒子(光子)”與“一團電磁波”之間進行變化的呢？這得借助于一位中國科學家的工作。他在許多年以前就基于嚴謹的數學推理而完成了“經典電磁場按光子的對應分解”。也就是說，他從數學上嚴格證明了可以把“一團電磁波”看作是一系列“電磁基波”的疊加，而每一個“電磁基波”的能量、動量和角動量都能與一個相應光子的能量、動量和角動量分別對應相等！一旦在“光子”與“電磁基波”之間建立起了這種對應關系，那么，“孫悟空”就可以“作法”了。只要將“一群粒子(光子)”中的每一個粒子都變成一團與之相對應的“電磁基波”，那么，這些“電磁基波”的疊加就是我們所需要的那團“電磁波”！反之，將“一團電磁波”中的每一團“電磁基波”都變成一個與之對應的“光子”，那么，這些“光子”的集合也就是我們所需要變成的那群“粒子”了。
由于“孫悟空”法力無邊，無所不能，甚至還敢大鬧天宮，所以，他可以在“一群粒子(光子)”與“一團電磁波”之間變來變去(其實，也就是“光子”與“電磁基波”之間的變來變去)。然而，一旦回到我們的物理現實，凝聚態(tài)的“光子”與彌散態(tài)的“電磁基波”要在極短的時間內完成相互轉化卻是違反相對論原理的，我曾為此傷透腦筋，甚至一度想到過放棄！那些質疑“第三種波粒二象性”以及“三種波粒二象性和諧統(tǒng)一”的專家，如果能夠提出類似的問題，將會點到我的死穴。因為，分布在無限空間的“電磁基波”不可能在一瞬間之內收縮成為一粒“光子”，否則，能量的傳遞就會超過光速，那將是不可能發(fā)生的事情！
經過一段相當長時間的苦思冥想，當我把“孫悟空”的法力與量子場的基態(tài)相結合時，終于參透了其中的奧妙，克服了違反相對論的困難。實際上，如果不借助其它東西的幫助，彌散的“電磁基波”是不可能在一瞬間之內收縮成為一顆“光子”的！從“孫悟空”的角度講，那是借助于“法力”——是“孫悟空”通過“作法”而將一系列彌散的“電磁基波”變成一顆一顆的“光子”(它不受相對論原理的限制)。而在實際中我們則是借助于處于基態(tài)的量子電磁場(或者稱作處于基態(tài)的“真空”)。
我們知道，彌散的“電磁基波”是疊加在“處于基態(tài)的量子電磁場”之上或者存在于基態(tài)的“真空”之中。“孫悟空”的“作法”就相當于彌散的“電磁基波”被處于“基態(tài)的量子電磁場”(或者“真空”)就地吸收(而不是彌散的“電磁基波”在一瞬間之內收縮成為一顆“光子”)。此時，彌散的“電磁基波”消失了，而處于“基態(tài)的量子電磁場”由于吸收了一個“電磁基波”的能量就會由原來的基態(tài)而跳到激發(fā)態(tài)。由于處于“激發(fā)態(tài)的量子電磁場”(或者“真空的激發(fā)態(tài)”)的壽命非常短，所以，瞬間過后，處于“激發(fā)態(tài)的量子電磁場”就會放出一個“光子”而又從新回到原來的基態(tài)。很顯然，處于“基態(tài)的量子電磁場”吸收的“電磁基波”與處于“激發(fā)態(tài)的量子電磁場”發(fā)出的“光子”具有完全相同的能量、動量和角動量。反過來，“光子”也是存在于處于“基態(tài)的量子電磁場”或者“真空”之中。“孫悟空”的“作法”就相當于使處于“基態(tài)的量子電磁場”(或者“真空”)吸收這顆“光子”。此時，一顆“光子”消失了，而處于“基態(tài)的量子電磁場”由于吸收了一顆“光子”就會由原來的基態(tài)而跳到激發(fā)態(tài)。由于處于“激發(fā)態(tài)的量子電磁場”(或者“真空的激發(fā)態(tài)”)的壽命非常短暫，所以，瞬間過后，處于“激發(fā)態(tài)的量子電磁場”就會放出一團彌散的“電磁基波”而又重新回到原來的基態(tài)。在整個過程中，處于基態(tài)的量子電磁場(或者處于基態(tài)的真空)并沒有發(fā)生根本的變化，而“電磁基波”與“光子”卻在不停地變來變去。
從上述過程的表面上看，我們似乎只看到了一團團彌散的“電磁基波”與一顆顆“光子”之間的相互轉化(或者是一團彌散的“電磁波”與“一群光子”之間的相互轉化)，但實際上卻還有“孫悟空”在背后“作法”或者是處于“基態(tài)的量子電磁場”(或者“真空”)的參與。倘若看不到這些更深刻本質的東西，那么，我們的認識與瞎子摸象就沒有兩樣，是不可能全面理解光的“π型三重波粒二象性”。
下面讓我們再回到對“π型三重波粒二象性”以及“光的本性”的全面認識上。勿容置疑，光是一種客觀存在的物質。我們對光的本性的認識有點類似于唐僧、豬八戒和沙僧師徒三人對“白骨精”的認識，光的“π型三重波粒二象性”也有點類似于“白骨精”的“π型三重老少二象性(見后面的解釋)”。
當我們把“光”當作“電磁波”時，就有如唐僧、豬八戒和沙僧師徒三人把那個“白骨精”當作送飯的“村姑”。我們對“電磁波(光波)”特性的認識就等同于唐僧師徒三人對那個“村姑(白骨精)”的認識；而“電磁波”在結構上所具有的“粒子性”(即經典電磁場可以按光子對應分解)，則相當于師徒三人對那個“村姑”在外貌或氣質上最典型特征的認識(作為類比，我們假設那個“村姑”的典型特征是“外貌雖然年輕，但內心卻十分蒼老”)。
類似地，當我們把“光”當作“一群粒子(光子)”時，就有如唐僧、豬八戒和沙僧師徒三人把那個“白骨精”當作尋找女兒的“老婆婆”。我們對“一群光子流(光)”特性的認識就等同于唐僧師徒三人對那個“老婆婆(白骨精)”的認識；而“光子”在運動上所具有的“波動性”(德布羅意所揭示的物質波的波動性)，則相當于師徒三人對那個“老婆婆”在外貌或氣質上最典型特征的認識(為了類比，我們假設那個“老婆婆”的典型特征是“外貌雖然蒼老，但內心卻很年輕”)。
作為肉眼凡胎的唐僧，甚至還有一些道行和法力的豬八戒和沙僧，都只能看到那個“村姑”或者“老婆婆”的存在以及認識到她們在“外貌或氣質上所具有的特性(包括外貌或氣質上最典型的特征，例如，“村姑”外貌雖然年輕，但內心卻十分蒼老，而“老婆婆”外貌雖然蒼老，但內心卻很年輕)，就像我們只能看到“電磁波”或者“光子”的存在以及認識到“電磁波”或者“光子”所具有的那些特性(包括“電磁波”在結構上具有“粒子性”以及“光子”在運動上具有“波動性”)。只有火眼金睛的“孫悟空”才能透過現象看本質，認識到那個“村姑”或者“老婆婆”都是白骨精的化身。不論她們是“柳眉積翠黛，杏眼閃銀星。體似燕藏柳，聲如鶯囀林?！边€是“走路慢騰騰，行步虛怯怯。弱體瘦伶仃，臉如枯菜葉?！逼浔举|都是“白骨精”！是在背后操縱著整個事態(tài)發(fā)展的主體——“白骨精”！
換句話說(作一個類比)，“白骨精”相當于“光”，而“村姑”相當于“電磁波”，“老婆婆”則相當于“光子”。唐僧、豬八戒和沙僧師徒三人僅僅認識到“村姑”和“老婆婆”，離認識真正的“白骨精”還相差十萬八千里，就像我們僅僅認識到“電磁波”和“光子”的特性，離真正認識“光的本性”相差十萬八千里一樣！
對于光的本性，我們也可以作類似的剖析。假設“光”和“白骨精”都是我們認識的對象，那么，當年麥克斯韋和赫茲認識到“光是一種電磁波”，就相當于唐僧、豬八戒和沙僧師徒三人發(fā)現了由“白骨精變成的那個村姑”；當人們認識到“電磁波”具有干涉、衍射、偏振等諸多特性時，就相當于唐僧師徒三人發(fā)現了那個“村姑”在“外貌和氣質上所具有的諸多特性”(其中，甘永超發(fā)現的那個本質特性——“電磁波”在結構上具有“粒子性”——光的第三種波粒二象性，就相當于唐僧師徒三人發(fā)現的那個“村姑”的本質特性——“外貌雖然年輕，但內心卻十分蒼老”——“白骨精”的第三種老少二象性)。當年愛因斯坦和康普頓發(fā)現“光就是一群粒子(光子)”，則相當于唐僧、豬八戒和沙僧師徒三人發(fā)現“白骨精變成的那個老婆婆”；當人們認識到“光子”所具有的諸多特性時，就相當于唐僧師徒三人發(fā)現那個“老婆婆”在“外貌和氣質上所具有的諸多特性”(其中，德布羅意發(fā)現的那個本質特性——“粒子(光子)”在運動上具有“波動性”——光的第二種波粒二象性，則相當于唐僧師徒三人發(fā)現的那個“老婆婆”的本質特性——“外貌雖然蒼老，但內心卻很年輕”——“白骨精”的第二種老少二象性)。
當然，我們還可以更進一步地類比。例如愛因斯坦當年揭示“光具有波粒二象性——光有時像“粒子”有時又像“波”(光的第一種波粒二象性)”，就非常類似于“孫悟空”揭示“白骨精具有的老少二象性” ——“白骨精”有時像“村姑”有時又像“老婆婆”(這是“白骨精”的第一種老少二象性)”(這里只考慮“白骨精”的前二種變化而沒有考慮她的第三種變化。她的第三種變化將用來模擬對光的本性的“波”“?！倍笾獾男掳l(fā)現)。既然“光”可以一會兒變成“粒子”而另一會兒又變成“波”(光的第一種波粒二象性)，那么，“白骨精”也可以一會兒變成“村姑”而另一會兒又變成“老婆婆”(“白骨精”的第一種老少二象性)！當“光”變成“粒子”的時候，這些“粒子”在運動上具有“波動性”(光的第二種波粒二象性)就相當于當“白骨精”變成“老婆婆”的時候，這位“老婆婆”“雖然外貌蒼老，但內心卻非常年輕”(“白骨精”的第二種老少二象性)；當“光”變成“電磁波”的時候，這些“電磁波”在結構上又具有“粒子性”(光的第三種波粒二象性)就相當于當“白骨精”變成“村姑”的時候，這位“村姑”“雖然外表年輕，但內心卻十分蒼老”(“白骨精”的第三種老少二象性)。如此，當我們暫時忽略“白骨精”的第三般變化(變成“老翁”)時，就可以把“光的π型三重波粒二象性”與“白骨精的π型三重老少二象性”很好地類比：“光的π型三重波粒二象性”揭示了“光的本性”，而“白骨精的π型三重老少二象性”也揭示了“白骨精的本性”。當然，由于后來又發(fā)現了“白骨精”的其它變化(變成了一個“老翁”)，所以，現在的“π型三重老少二象性”還不能完全揭示“白骨精的本性”，還必須有新的發(fā)展，這就像我們發(fā)現了光的“波”“粒”二象之外的新特性以后，“光的π型三重波粒二象性”不能完全揭示“光的本性”一樣！
到目前為止，我們還沒有發(fā)現光的“波”“?！倍笾獾男绿匦裕?，“光的π型三重波粒二象性”就比較全面地揭示了“光的本性”。只有當我們發(fā)現了光的“波”“粒”二象之外的新特性以后，“光的π型三重波粒二象性”才需要進一步發(fā)展。
在現代物理學中，主張“光的量子理論能夠包含光的經典電磁理論”，就是企圖用光的“量子圖景”來全面揭示“光的本性”，這就相當于在《西游記》中用那個尋找女兒的“老婆婆的圖景”來全面揭示“白骨精的本性”一樣滑稽、可笑！好在近80年來“光的量子理論能夠包含光的經典電磁理論”沒能找到一個實驗證據，要是真找到了這樣的實驗證據，那物理學的麻煩可就大了，又不知會在一片混沌中度過多少蹉跎歲月(就像科學史上基于“彈性以太理論”來研究光學而虛度了幾十年光陰一樣)……
讓我們重溫一下光學中的圣經——《Principles of Optics》by Born & Wolf 中的一段話——“菲涅耳的工作給波動理論奠定了如此牢固的基礎，以致傅科與斐索和布雷格特在1850年所進行的一項由阿拉果首先建議的仲裁實驗，都顯得近乎多余了。微粒理論用光粒子在界面上受到向光密媒質這邊的吸引來解釋折射，這就要求光密媒質中的光速比較大；相反，波動理論依據惠更斯作圖，要求光密媒質中的光速比較小。傅科等直接測量了空氣和水中的光速，結果毫無疑問，判定波動理論獲勝?！?br> 博主的工作，其實也有點類似于當年的菲涅耳——提出了一套理論并設計了一個判決性實驗(除發(fā)表了一系列科學論文之外，還撰寫了一篇中級科普文章和三篇大眾科普文章)。同樣，該判決性實驗的結果也像菲涅耳當年的一樣，無所謂。因為，“光的量子理論能夠包含光的經典電磁理論”雖然受人追捧，閱盡人間春色，但80年來卻找不到一個實驗證據，這就從反面證實了與之相反的(博主的)理論無疑是正確的！“孫悟空”與“如來佛”都知道這些！

注：

其實，甘永超早就對邏輯檢驗與實驗檢驗做過考慮。由于新理論認為“波與粒子平等”，因此“光的量子理論”與“光的經典電磁理論”是兩個平行理論，而傳統(tǒng)理論卻認為的“光的量子理論包含光的經典電磁理論”。從邏輯上講，“如果‘光的量子理論包含光的經典電磁理論’，那么，我們就可以用光的量子理論一統(tǒng)天下而消滅電磁波?？墒?，電磁波作為一種真實存在的物質又不可能被消滅，所以，傳統(tǒng)理論不符合邏輯而新理論必然勝出?！?/b>