看過之前的文章的朋友們都知道我們是光的微粒模型的堅定捍衛者，經過多年的探索光的微粒模型已經能夠初步解釋光的干涉衍射現象，雖然還有需要完善的地方。本章我們重點介紹發展和完善光的微粒模型遇到的困難及解決方法。

　　　一、關於光在介質中的傳播速度小於真空中的傳播速度問題

　　（一）問題的提出。關於光的本質問題，歷史上主要有牛頓的"微粒說"和惠更斯的"波動說"兩種觀點, 以牛頓為首的科學家認為光的本質是粒子，是由一顆顆像小彈丸一樣的機械微粒所組成的粒子流，光子進入介質時由於受到介質引力作用因此光在介質中的傳播速度大於光在真空中的傳播速度。惠更斯則堅持認為光是一種機械波，由發光物體振動引起，依靠一種特殊的叫做"以太"的彈性媒質來傳播，惠更斯認為光在水中的速度小於在空氣中的速度，這與牛頓的看法正好相反。1850年，法國科學家傅科採用旋轉鏡法分別測量了光在空氣和在水中的速度，證實光在介質中的傳播速度小於真空中的傳播速度，微粒說對此無法解釋。

　　（二）我們的解釋。先來看一個簡單的例子，在一條長度為1000公里的公路上公交車和計程車都以相同速度（假設每小時60公里）行駛，在這條公路上每1公里設有一個車站，計程車在每站的停留時間為1分鐘、公交車在每站的停留時間為5分鐘（因為公交車上下車的人比較多所以需要的時間較長）。以相同速度走完這1000公里公路，計程車所用時間少於公交車所用時間，也就是說出租車的平均車速大於公交車的平均車速。但實際上，公交車和計程車的行駛速度是相同的--都是每小時60公里，只不過公交車在每站停留的時間較長從而使其平均車速較慢，計程車在每站停留的時間較短從而使其平均車速較快。

　　與之類似，光子在真空中和介質中的傳播速度都是C，只不過光子在真空中傳播時沒有與原子作用，所以其平均傳播速度始終為C；而光子在介質中傳播時會不斷與介質中的原子發生碰撞，光子與原子從碰撞到分離是需要一定時間的（就像公交車計程車到每站都要停留一段時間一樣），所以造成光子在介質中的平均傳播速度小於C。從微觀角度來講，光子和原子的作用時間指光子與原子從相遇到分離所需要的時間。光子在介質中的傳播中會多次遇到介質中的原子，光子遇到原子就會短暫停留一小段時間，光子在行進的路程上不斷與原子作用(結合)--分離、傳播極小距離後再與原子作用(結合)--分離，這一過程不斷重複，造成光子在介質中的平均傳播速度小於光子在真空中的傳播速度。而實際上光子在介質中的傳播速度和光子在真空中的傳播速度是一樣的，都是C。

　　這裡我們提出了光子在介質中的平均傳播速度這個概念，平均傳播速度和光子在介質中的傳播速度是兩個概念，光子在介質中的平均傳播速度永遠小於其在介質中的傳播速度。實際上光子在介質中的傳播速度和光子在真空中的傳播速度是一樣的，只不過平均傳播速度考慮了光子與原子從碰撞到分離需要的時間（作用時間），所以平均傳播速度永遠小於傳播速度。

　　（三）不同光子在同一介質中平均傳播速度不同的微觀原因。我們知道，對於處於原子核靜電引力束縛狀態下的電子而言，它是處於"飢餓狀態"結合光子的能力較強，當光子與電子相遇後形成一個混合體，此時電子既可能受到遠離原子核的擾動作用也可能受到靠近原子核的擾動作用，光子的能量越大對電子的擾動作用越明顯、從而使電子在原子內的位移也就越大，由此造成光子和原子的相互作用時間也越長。舉一個不恰當的例子，假設電子在離原子核500個長度單位的軌道上繞原子核運動，某一時刻電子與能量是80個能量單位的光子相遇，如果光子對電子的擾動作用是指向原子核的，則電子就會在這個作用下開始靠近原子核最終電子運動到離核460個長度單位的軌道上（電子的位移量為40個長度單位），此時由於原子核和電子之間距離的減小導致靜電引力迅速增大，其對電子的撕扯作用大於電子內部的凝聚力，電子為了捨車保帥就會"裂變"重新放出光子80個能量單位的光子並獲得反衝重新回到離核較遠的穩定軌道上，從而並避免了被原子核靜電引力拉入原子核。若同樣的電子與150個能量單位的光子相遇，並且光子對電子的擾動作用同樣是指向原子核的，則電子的位移量就也可能是90個長度單位，電子運動到這裡時由於迅速增大的原子核靜電引力撕扯作用大於電子內部結合力，電子就會在這裡"裂變"重新放出光子。這裡我們看到，80個能量單位的光子造成電子位移量為40個長度單位而150個能量單位的光子造成電子位移量為90個長度單位，顯然能量越大的光子和電子的作用時間越長，也就是說能量越大的光子和介質中原子的作用時間越長，於是在宏觀中就表現為能量越大的光子在介質中的平均傳播速度越小。如紅光在介質中的傳播速度就大於紫光。

　　二、關於光的粒子模型解釋衍射問題

　　（一）問題的提出。1801年，英國著名物理學家托馬斯·楊進行了著名的楊氏雙縫干涉實驗，之後科學家又觀測到光的衍射現象，面對光的干涉衍射形成的明暗相間的條紋，人們認為用光的粒子性無法解釋，波動說逐漸被人們接受。所以用微粒模型解釋光的衍射現象首先要解決的問題就是光遇到障礙物或小孔（窄縫）時為什麼會偏離直線傳播問題。

　　上個世紀科學家透過觀測證實：從遙遠星系發出的光經過太陽表面時會在引力作用下發生彎曲（引力透鏡現象），證實了光子確實會受到引力作用，太陽引力作用可以使光線偏離原來的運動軌跡。據此推理，既然引力作用可以使光線偏離原來的運動軌跡，由於窄縫兩邊是由物質實體組成的當然存在引力作用，所以光在窄縫引力作用下發生彎曲（偏轉）這個觀點至少在理論上是可行的。

　　（二）初步解釋。有人指出，如果光線透過窄縫後發生偏轉是引力作用引起的，這麼簡單的解釋在幾百年的時間裡許多人肯定都想到了。但是如果光是一種微粒且在引力作用下會發生偏轉彎曲，由於窄縫的引力並不是一成不變而是連續變化的（一般可以認為縫中心引力合力為零，從縫中心到縫邊緣處的引力連續增大），一束光透過窄縫時從縫的不同位置經過的光子偏轉角度不同，所以一束光經過窄縫後的彎曲程度也應該連續變化，這樣光透過窄縫後就會形成一片連續亮區，無論如何也不可能形成明暗相間的條紋（不連續的亮條紋）。

　　（三）進一步的解釋。微粒模型認為光的本質是粒子，光經過單縫或者雙縫後並不會發生干涉互相抵消，光子在螢幕上形成的是不連續的亮條紋：亮條紋就是光子能夠到達的地方，"暗條紋"本身並不是"條紋"，是光子到達不了的地方。參考原子中的電子只能吸收特定質量的光子，我們認為光子並不能單個的引力子而只能同時吸收若干個引力子，由此造成光子到達螢幕上的位置是不連續的。

　　有人指出，光子質量不連續變化，光子只能吸收某一最小基數"的整數倍個光子完全都是我們的推測，沒有任何實驗事實支援。實際上，光子質量的不連續性已經被實驗證實。上個世紀初物理學家在研究熱輻射現象時發現：任何物體只要其溫度在絕對零度以上都會向周圍輻射能量，同時也會從外界吸收能量。普朗克在1900年研究物體熱輻射規律時發現，只有假定電磁波的發射和吸收不是連續的、而是一份一份進行的，計算結果才能和試驗結果相符。愛因斯坦隨後提出了光量子假說，認為光和原子、電子等微粒一樣也具有粒子性，光就是以光速C運動著的粒子流，他把這種粒子叫光量子，每個光量子的能量E=hν。黑體輻射現象和光量子假說無一例外地說明一個事實：光子的能量是一份一份的，自然界中能夠穩定存在的光子的能量（質量）都是不連續的，所有光子的能量均為某個最小能量的整數倍。

　　還有人指出，光子經過窄縫後由於同時吸收了若干個引力子造成光子質量發生了變化，即光子的頻率發生了變化（光的微粒模型中並沒有光子頻率這個概念，光子的"頻率"越高能量越大相當於光子質量越大），而透過單縫或者雙縫後光子"頻率"變化從而引起光子顏色的改變是在實驗中沒有觀測到的。對於這個問題可以從兩個方面來考慮：一是光子透過單縫或者雙縫後"頻率"變化極其微小以至於我們目前沒有觀測到，二是在引力紅移現象中，當光子遠離星系時將克服星系引力做功引起"頻率"變小，既然星系引力可以引起光子"頻率"變化，那麼縫的引力引起光子"頻率"變化至少從理論上來講是可行的。

　　三、 不同材質單縫造成光子偏轉程度不同的問題

　　中央亮紋的形成。如圖，當一束鐳射經過寬度為a的窄縫時必將受到縫的引力作用，為方便起見我們把窄縫引力影響區域簡化為1265矩形區域。一般情況下，窄縫引力影響區域可以平均分成合力向上區域和合力向下區域，窄縫中3421區域內引力合力向上、並且越靠近窄縫上底部引力就越大；3465區域引力合力向下、並且越靠近窄縫下底部引力就越大；窄縫中心線（34線）處的引力合力為零。當一束鐳射發出的光子經過窄縫後，大部分光子可能都沒有機會吸收足夠多的引力子而發生較大角度偏轉，這些光子雖然沒有吸收足夠多的引力子但仍然會受到多個引力子極小的衝量作用，在這個衝量作用下，從3421（引力合力向上）區域經過的光子會以一個微小的角度向上偏轉，形成投射到螢幕上的efhg亮區（形成中央亮紋的上半部分）；從3465（引力合力向下）區域經過的光子會以一個微小的角度向下偏轉，形成投射到螢幕上的ghji亮區（形成中央亮紋的下半部分），這樣所有經過窄縫引力影響區域而沒有吸收足夠數量引力子的光子最終投射在螢幕上形成中央亮紋（efji亮區）。可見，螢幕上中央亮紋是經過窄縫後沒有吸收引力子的光子的集合。由於經過窄縫後沒有吸收引力子的光子往往佔絕大多數，這些光子經過窄縫後會投射到螢幕上形成中央亮紋，所以中央亮紋的亮度是最大的。

　　其它亮紋的形成。很顯然，中央亮條紋以下第一亮紋是由經過3465區域吸收了"最小吸收基數"個引力子的光子偏轉投射在螢幕上形成的。假設經過窄縫的光子質量為100，而引力子的質量為0.001，由於質量為100的光子只有同時吸收至少1000個引力子才可能形成新的、能夠穩定存在的質量為101的新光子，並且由於新光子完全吸收了1000個引力子向下的衝量因而向下偏轉的角度較大，這個新光子會投射在螢幕上中央亮紋以下第一條亮紋區域內。若干個經過3465區域並且吸收了1000個引力子光子偏轉投射在螢幕上就形成第一條亮紋。同樣，質量為100的光子還可能吸收"最小吸收基數"整數倍的引力子，也就是同時吸收2000個、3000個……n＊1000個引力子。光子吸收了2000個引力子則會投射在螢幕上形成第二條亮紋、吸收了3000個引力子則會形成第三條亮紋……螢幕上的第n條亮紋也是這樣形成的。

　　有人指出，根據我們以上的分析，如果認為單縫的引力是造成光子偏轉的決定性因素，則在相同的縫寬條件下（比如說縫寬同樣為0.5毫米時），光能過鐵片製成的單縫後的偏轉程度比紙片製成的單縫的偏轉程度大，因為鐵的密度遠遠大於紙的密度，所以鐵片製成的單縫比同寬度的紙質單縫引力強得多，由此造成在相同縫寬的情況下材質密度的不同將會對衍射圖案造成不同的影響。

　　這個問題也曾經困擾我們很長時間。後來我們發現在直邊衍射現象中，物質的引力影響區域是最大的，如下圖所示，在空氣中刀片的引力能夠在較遠的距離上影響光子的運動。

　　單縫的引力有一定的作用區域。如圖所示，在一張不透明的紙上劃出一條單縫，一束平行鐳射照射在單縫上就會在螢幕上形成中央寬兩側窄的衍射條紋。微粒模型認為衍射條紋的形成是由引力作用引起的，那麼是不是整張紙對會對縫的引力作出貢獻呢？顯然不是的，單縫左側到豎直黃線區域內的紙引力疊加作用形成指向左側的引力合力作用，單縫右側到豎直黃線區域內的紙引力疊加作用形成指向右側的引力合力作用，在縫的中心位置引力合力為零。如果紙張是均勻的則單縫兩側引力疊加區域寬度相等，都為d，我們認為d的數值在釐米的數量級上（具體數值有待於實驗驗證）。

　　雙縫引力有一定的作用區域。如下圖所示，我們在一張不透明的塑膠片上劃出兩條縫，當兩條縫足夠遠時螢幕上形成兩條衍射條紋，當兩條縫足夠近時螢幕上形成干涉條紋。

　　如圖，在不透明的塑膠片上劃出兩條縫，每條縫都有其引力影響區域，如果這兩條縫的引力影響區域不重合，則這兩條縫可以看作單獨存在的"兩條縫"而不能看作"雙縫"，此時這"兩條縫"相互之間沒有影響，同一束鐳射照射在這"兩條縫"上，螢幕上會出現兩個獨立的衍射條紋。

　　反之，當兩條縫的引力影響區域重合時，它們就由獨立存在的"兩條縫"變成互相影響的"雙縫"，此時用一束鐳射照射在"雙縫"上，螢幕上將形成寬度相等的干涉條紋；因為引力作用遵循平方反比定律，所以"雙縫"的距離越近相互影響的越厲害（引力疊加後越強），同樣的鐳射照射在距離更近的雙縫上由於引力更強所以光子偏轉也更厲害，螢幕上形成的條紋就越寬。

　　光透過鐵片和紙片製成相同寬度單縫時形成的衍射條紋幾乎完全相同。當光分別經過鐵片和紙片產生直邊衍射時，其引力影響區域（光強波動區域）都在釐米的數量級上。由於鐵片的密度大於紙片的密度，根據物體引力對光子作用的三點推論可知，形成單縫的引力影響區域鐵片要小於紙片，即對於用鐵片製成的單縫而言，只有離單縫很近的區域內鐵片才會對縫的引力形成做出貢獻；而在用紙片製成的單縫而言，離單縫較遠的區域內紙片都會對縫的引力形成做出貢獻。由此，不同材質密度的物質製成同樣寬度的單縫形成的衍射條紋幾乎沒有差異。

　　四、當前粒子模型解釋光的干涉衍射現象遇到的問題

　　目前雖然我們用光的粒子模型能夠初步解釋光的衍射干涉現象，但僅僅是從定性的方面進行了初步的探索，並沒有定量描述，也沒有數學公式推導。路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索。