作者：邱旭濱 2022.6.19 N
摘要：19世紀(jì)末20世紀(jì)初，物理實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的一些新現(xiàn)象，它們?cè)谟?jì)量上遵循洛倫茲變換關(guān)系，經(jīng)典理論無(wú)法給出合理的解釋?zhuān)瑦?ài)因斯坦由此提出了相對(duì)論。從此形成了相對(duì)論時(shí)空與經(jīng)典時(shí)空的對(duì)立。一方面由于多個(gè)物理實(shí)驗(yàn)的計(jì)量結(jié)果與相對(duì)論相近，以及愛(ài)因斯坦在物理學(xué)術(shù)方面的權(quán)威，相對(duì)論受到了支持；另一方面由于理論的錯(cuò)綜復(fù)雜及玄幻般的時(shí)空彎曲效應(yīng)等，相對(duì)論亦長(zhǎng)期受到詰難。雖然反對(duì)相對(duì)論的運(yùn)動(dòng)百年未熄，但若不能找到實(shí)驗(yàn)中“相對(duì)論效應(yīng)”的根源，則難以從根本上實(shí)現(xiàn)時(shí)空觀的統(tǒng)一。本文深入探究康普頓實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中存在的質(zhì)速關(guān)系并不是真正意義上的相對(duì)論效應(yīng)，而是光電效應(yīng)量子化的必然結(jié)果，是一種量子效應(yīng)。
關(guān)鍵詞：康普頓散射實(shí)驗(yàn)；相對(duì)論；經(jīng)典理論；質(zhì)速關(guān)系；量子理論
前言：
量子理論認(rèn)為，物質(zhì)世界存在基本能量單元，能量是分立的，一份份的能量表達(dá)為hf。根據(jù)現(xiàn)代物理粒子湮滅轉(zhuǎn)化為光能量的事實(shí)，粒子與量子是同一物質(zhì)的不同形式，粒子不是憑空出來(lái)的，而是空間起伏不定的量子海洋中局部的量子受外力約束而形成的，整個(gè)世界是一個(gè)量子世界。由于粒子由光速振動(dòng)的量子構(gòu)成，若按相對(duì)論光速不變?cè)?，?gòu)成粒子的量子在各方向上的速度亦必都是光速，那么相對(duì)于任何參考系的速度也應(yīng)是光速，粒子并無(wú)一局部質(zhì)點(diǎn)具有相對(duì)速度u，u速只不過(guò)是以光速振動(dòng)的量子群體運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)出來(lái)的象。那么，基于整體離不開(kāi)局部的哲學(xué)觀點(diǎn)，又何來(lái)動(dòng)質(zhì)量隨u速的不同而不同呢？如果粒子相對(duì)于參照系發(fā)生尺縮鐘慢，則構(gòu)成粒子的基本量子亦當(dāng)發(fā)生尺縮鐘慢，但量子以光速振動(dòng)，時(shí)間靜止且無(wú)靜止質(zhì)量，又何來(lái)尺縮鐘慢呢。
事實(shí)上，關(guān)于相對(duì)論的時(shí)空觀，不但一般人理解不了，也與古代一些圣哲的世界觀相悖。如中國(guó)古圣老子在《道德經(jīng)》中闡發(fā)了虛空與實(shí)體的關(guān)系，虛空與實(shí)體是相對(duì)的，虛空因?qū)嶓w而呈現(xiàn)。實(shí)體是有，虛空是無(wú)，有無(wú)相生，所以才能“埏埴以為器，當(dāng)其無(wú)，有器之用”，“有之以為利，無(wú)之以為用”。顯然，虛空是“無(wú)”，非物，只是被“有”反襯出來(lái)而已。而相對(duì)論的時(shí)空彎曲，則顯然已經(jīng)是把虛空當(dāng)作一種可拉伸的形體了。這種論調(diào)，實(shí)際類(lèi)似于印度古圣佛陀所批評(píng)的弟子阿難對(duì)世間萬(wàn)物因緣和合所持的錯(cuò)誤知見(jiàn)?！独銍?yán)經(jīng)》中佛陀指出虛空與實(shí)體的對(duì)立統(tǒng)一關(guān)系“空性無(wú)形，因色顯發(fā)”，如挖井，挖出一尺土，就呈現(xiàn)一尺土的虛空，挖出一丈土就呈現(xiàn)出一丈土的虛空。并闡述了虛空既無(wú)獨(dú)立的形體，亦非與實(shí)有一體，更無(wú)法和合，而是如如不動(dòng)的“無(wú)”。如果有獨(dú)立形體，為何出土不見(jiàn)虛空流進(jìn)，如果與實(shí)有一體，為何挖走的是土而不是虛空？至于和合，虛空與虛空和合還是虛空，絲毫沒(méi)有差別。并得出虛空遍布宇宙，處處虛空處處同，不生不滅的真理。顯然，如果時(shí)空可以被物彎曲，那么虛空就有獨(dú)立的形體，就能與萬(wàn)物和合，虛空就有了差別，處處虛空處處不同了。
正是因?yàn)橄鄬?duì)論的時(shí)空觀實(shí)在太撲朔迷離，非常人能理解，再加上時(shí)空彎曲也難以觀察，才導(dǎo)致百年來(lái)受到不斷的質(zhì)疑。
然而，基于相對(duì)論效應(yīng)存在于一些微觀實(shí)驗(yàn)中的事實(shí)，如康普頓實(shí)驗(yàn)、托貝齊極限速率實(shí)驗(yàn)等，量子力學(xué)又不得不與相對(duì)論相結(jié)合，并發(fā)展出了相對(duì)論量子力學(xué)。然而這種矛盾的兼容實(shí)在令人費(fèi)解。由此，不得不作這樣的思考。即微觀實(shí)驗(yàn)中的相對(duì)論效應(yīng)可能只是光電效應(yīng)量子化的特殊現(xiàn)象，只是在計(jì)量上恰好用到了光速不變，但本質(zhì)上并不是相對(duì)論時(shí)空效應(yīng)。就此，本文對(duì)康普頓實(shí)驗(yàn)重新進(jìn)行解構(gòu)，具體分析公式中各種關(guān)系的來(lái)龍去脈，以便找出其中的真相。
一、康普頓散射實(shí)驗(yàn)介紹
1923年，美國(guó)物理學(xué)家康普頓在研究x射線通過(guò)物質(zhì)發(fā)生散射的實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的現(xiàn)象，即散射光中除了有原波長(zhǎng) 的x光外，還產(chǎn)生了波長(zhǎng)λ> 的x光，其波長(zhǎng)的增量隨散射角的不同而變化。這種現(xiàn)象稱(chēng)為康普頓效應(yīng)(Compton Effect)。用經(jīng)典電磁理論來(lái)解釋康普頓效應(yīng)時(shí)遇到了困難?？灯疹D借助于愛(ài)因斯坦的光子理論及相對(duì)論，從光子與電子碰撞的角度及相對(duì)論質(zhì)速關(guān)系對(duì)此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行了圓滿地解釋。其推導(dǎo)簡(jiǎn)述如下。
根據(jù)光子理論，X射線的散射是單個(gè)光子和單個(gè)電子發(fā)生彈性碰撞的結(jié)果。在固體如各種金屬中，有許多和原子核聯(lián)系較弱的電子可以看作自由電子。由于這些電子的熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能（約百分之幾電子伏特）和入射的X射線光子的能量（ )比起來(lái)極小可略去不計(jì)，因而這些電子在碰撞前可以看作是靜止的。一個(gè)電子的靜止能量為 ，動(dòng)能為0。設(shè)入射光的頻率為 ，它的一個(gè)光子就具有能量 ，動(dòng)量 。再設(shè)彈性碰撞后，電子的能量變?yōu)?，?dòng)量變?yōu)? ；散射光子的能量為 量 ，動(dòng)量為 ，散射角為φ， 、 分別為碰撞前和碰撞后的光子運(yùn)動(dòng)方向上的單位矢量（如下圖）：
（圖1）
按照能量和動(dòng)量守恒，同時(shí)考慮反沖電子速度可能很大，質(zhì)量m取相對(duì)論質(zhì)速關(guān)系，由此得出康普頓散射公式。
具體推導(dǎo)過(guò)程如下：
二、從量子力學(xué)角度重新解釋康普頓實(shí)驗(yàn)
歷史上，在對(duì)康普頓電子散射實(shí)驗(yàn)的計(jì)量研究中發(fā)現(xiàn)，引入相對(duì)論的質(zhì)速關(guān)系，所得計(jì)量結(jié)果與實(shí)驗(yàn)相符。這一事實(shí)，為相對(duì)論提供了實(shí)驗(yàn)的支持。但歷史上對(duì)康普頓電子散射的解釋?zhuān)⑽唇沂疚⒂^世界出現(xiàn)相對(duì)論效應(yīng)的本質(zhì)原因，未揭示質(zhì)速關(guān)系的真相。實(shí)際上，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，康普頓的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象用量子力學(xué)便可得到合理的解釋?zhuān)鵁o(wú)須引入相對(duì)論。質(zhì)速關(guān)系只是光電效應(yīng)量子化的結(jié)果。
1、康普頓實(shí)驗(yàn)中涉及的相對(duì)論質(zhì)速關(guān)系是光電效應(yīng)量子化的結(jié)果
根據(jù)現(xiàn)代物理學(xué)可知，電子湮滅成為光能量的事實(shí)，可知電子的質(zhì)能與光量子的關(guān)系為
。粒子的質(zhì)能，有人認(rèn)為本身就是相對(duì)論的產(chǎn)物，其實(shí)是誤解。比照熱力學(xué)原理可知，一個(gè)系統(tǒng)中以速度u運(yùn)動(dòng)的粒子，其能量為。從量子論的角度可知，構(gòu)成粒子的要素與光量子是同源同質(zhì)的，其質(zhì)量為m，其速度為c，則顯然系統(tǒng)的能量為
。正因?yàn)槿绱?，才體現(xiàn)出電子是光量子的粒子化?？梢?jiàn)，質(zhì)能并不是相對(duì)論的專(zhuān)利。
由于電子實(shí)際上是光量子的粒子化，必然有其固有的頻率與波長(zhǎng):
由于光量子都是由一份份最小能量|h|·J所組成，即：
（注：J為能量單位焦耳）
可知對(duì)應(yīng)的基本質(zhì)量子為：
（注：基本質(zhì)量子用mh表示,下標(biāo)h為普朗克常數(shù)符號(hào)）
故對(duì)于任何的光量子都應(yīng)有：
那么，對(duì)于入射光、靜電子、出射光就有：
即：
考慮出射光量子能量大小與出射角度有關(guān)（出射角與反沖能量大小相關(guān)），且實(shí)驗(yàn)中入射光與出射光的波長(zhǎng)差與（1-cosφ）有關(guān)，故把它引入到等式兩邊。雖然（1-cosφ）是根據(jù)后來(lái)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得知的，但這不妨礙我們把它當(dāng)作一種預(yù)設(shè)引入到等式兩邊。一是引入的（1-cosφ）在方程的左右兩邊，沒(méi)有破壞方程的平衡，二是在這一預(yù)設(shè)下，得出的結(jié)果必須與實(shí)驗(yàn)相符合且由結(jié)果反向推導(dǎo)不會(huì)出現(xiàn)其它解，故可知它是充分必要的條件，是排它的。下文的演繹過(guò)程事實(shí)上都滿足這一要求。即有：
可得：
(說(shuō)明：中是出射光能與入射光能的夾角，見(jiàn)圖1)
又因?yàn)?，可知靜電子的波長(zhǎng)即為康普頓波長(zhǎng)，所以波長(zhǎng)差即為：
康譜頓為了找出滿足實(shí)驗(yàn)結(jié)果的條件，預(yù)設(shè)了實(shí)驗(yàn)與質(zhì)速關(guān)系相關(guān)，并加上動(dòng)量守恒及能量守恒，得出了符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果的波長(zhǎng)差公式；本文在量子力學(xué)的關(guān)系式左右兩邊同時(shí)加上與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的（1-cosφ)項(xiàng)，也是作了預(yù)設(shè)，得出了符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果的波長(zhǎng)差公式。
從上述的推導(dǎo)中可以看出，決定這一結(jié)果的其實(shí)只是入射光的質(zhì)量，靜電子的質(zhì)量及出射角度，及一條重要的條件，即電子質(zhì)能量子化。下面具體探討一下，為什么質(zhì)量與角度φ決定了出射光的波長(zhǎng)。
由于電子質(zhì)能量子化，而光量子又是由基本質(zhì)量子與頻率構(gòu)成，故有：
從這里可以發(fā)現(xiàn)，康普頓實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)質(zhì)與光量子及靜電子自身的振動(dòng)周期有關(guān)（注意靜電子能量振動(dòng)周期 與康普頓波長(zhǎng) 相應(yīng)，不是電子繞原子核的振動(dòng)周期）。出射光的振動(dòng)周期由入射光與靜電子能量振動(dòng)周期及出射角決定，反映了出射光的周期以入射光的周期為基礎(chǔ)，疊加入射光與電子交互作用的周期（1-cosφ）。交互作用的時(shí)間越長(zhǎng)，反映了每一份入射光量子在電子中滯留的時(shí)間越長(zhǎng)，被電子吸收的能量越多，出射的能量越少，出射光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)。由于出射光能量由入射光和靜電子能量振動(dòng)周期及出射角決定，電子增加的能量也就確定了，進(jìn)而結(jié)合動(dòng)量守恒及能量守恒，質(zhì)速關(guān)系便確定了。
質(zhì)速關(guān)系推導(dǎo)過(guò)程如下：
# 動(dòng)量守恒：
# 能量守恒：
把（6）代入到（7）式中得：
此處，雖然是把質(zhì)量關(guān)系代入，但上文中已論述了入射光、出射光、電子質(zhì)量與頻率（或周期）的關(guān)系，可知質(zhì)速關(guān)系是由頻率（或周期）及出射角決定的。
把（8）式代入（10）式中得：
由（11）式可得：
上述過(guò)程可歸納為：
可以看出，這其實(shí)是式（0）、（1）、（2）式的逆過(guò)程。因?yàn)槭腔ツ?，他們反映的物理機(jī)理就存在差異。
式（0）、（1）、（2）過(guò)程反映的是，光速不變性決定了相對(duì)論質(zhì)速關(guān)系，進(jìn)而決定了出射光波長(zhǎng)的變化，同時(shí)動(dòng)電子因具有u速度而獲得相對(duì)論的動(dòng)質(zhì)量。這種相對(duì)論動(dòng)質(zhì)量并沒(méi)有考慮到真實(shí)的能量吸收，只是個(gè)觀察效應(yīng)。
而式（1）、（2）、（3）反映了質(zhì)速關(guān)系由能量固有頻率決定，與時(shí)空彎曲無(wú)關(guān)，且動(dòng)電子的質(zhì)量不是相對(duì)性的觀察效果，而是真實(shí)吸收能量后電子頻率增強(qiáng)，質(zhì)能增大。
且無(wú)論正逆推導(dǎo)都顯示質(zhì)速關(guān)系離不開(kāi)電子質(zhì)能的量子化，說(shuō)明康普頓中的質(zhì)速關(guān)系是微觀量子相互作用的特殊現(xiàn)象，而不能隨意拓展到宏觀物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，因?yàn)椋娮淤|(zhì)能量子化是基于電子由基本量子h與自身固有頻率f構(gòu)成。而宏觀物體不是單一的粒子，顯然不存在固有的頻率，不具有電子般的量子化特征。即宏觀物體的質(zhì)量m與普朗克常數(shù)h之間，并不存在h=mcλ的關(guān)系。而h=mcλ在康普頓實(shí)驗(yàn)中卻與質(zhì)速關(guān)系密不可分。
因此，康普頓實(shí)驗(yàn)，至少不能用來(lái)作為證明宏觀物體間也具有相對(duì)質(zhì)速關(guān)系的證據(jù)。該實(shí)驗(yàn)存在的質(zhì)速關(guān)系與能量量子化密切相關(guān)，只限于微觀領(lǐng)域，與相對(duì)論的質(zhì)速關(guān)系這一相對(duì)觀察效應(yīng)是有本質(zhì)差別的，不能放之四海而皆準(zhǔn)。
2、康普頓電子散射實(shí)驗(yàn)計(jì)量服從相對(duì)論質(zhì)速關(guān)系的本質(zhì)原因
眾所周知，質(zhì)速關(guān)系與洛倫茲變換直接相關(guān)。而這一變換在相對(duì)論中，是以光速不變性原理為前提。為什么光電效應(yīng)量子化也能推導(dǎo)出質(zhì)速關(guān)系呢？這是因?yàn)樵诹孔訒r(shí)空環(huán)境下，以實(shí)驗(yàn)室為參照系，入射光與出射光都以光速運(yùn)動(dòng)，同時(shí)電子質(zhì)能量子化，使得入射光與電子在交換能量的過(guò)程中正好滿足了光速不變，進(jìn)而在能量守恒與動(dòng)量守恒的制約下，服從相對(duì)論形式的質(zhì)速關(guān)系。
3、相對(duì)論的質(zhì)速關(guān)系與量子時(shí)空的質(zhì)速關(guān)系有何區(qū)別？
（注：為了方便闡述相對(duì)論的質(zhì)速關(guān)系與光電效應(yīng)量子化的質(zhì)速關(guān)系的區(qū)別，下文特稱(chēng)光電效應(yīng)量子化的質(zhì)速關(guān)系為量子時(shí)空質(zhì)速關(guān)系，量子時(shí)空以經(jīng)典時(shí)空為背景，量子遍布宇宙空間）
其一，量子時(shí)空質(zhì)速關(guān)系反映的仍是經(jīng)典時(shí)空而非相對(duì)論時(shí)空
根據(jù)現(xiàn)代物理粒子湮滅轉(zhuǎn)化為光能量可知粒子與光量子本是同一物質(zhì)的不同形式，無(wú)論宏觀還是微觀粒子都不是憑空創(chuàng)生的，其構(gòu)成物質(zhì)只能來(lái)自于量子世界這一汪洋大海，由于粒子是聚合之物，只有受到外力的約束才能保持聚合的形態(tài)，并不斷與外部的量子海洋交換能量。根據(jù)各種不同頻率的光波具有相同的光速，可知，當(dāng)前實(shí)驗(yàn)可觀察的量子世界以光速c不停的振動(dòng)傳播。比照熱力學(xué)原理可知，由光量子構(gòu)成的粒子系統(tǒng)，其質(zhì)能為?？紤]到實(shí)驗(yàn)立足于實(shí)驗(yàn)室這一參考系的客觀事實(shí)，靜電子的質(zhì)能相對(duì)于實(shí)驗(yàn)室參考系為，故其周邊的量子海洋亦以光速振動(dòng)。根據(jù)入射光與出射光均為光速原理，可知構(gòu)成電子質(zhì)能的光量子受外來(lái)光量子的作用不改變光速振動(dòng)，只改變振動(dòng)方向，故電子速度u只能是電子內(nèi)部光速振動(dòng)的量子群體螺旋曲折前進(jìn)的表象。如圖所示：
圖2反映的是電子未受外力作用時(shí)，以光量子形態(tài)環(huán)繞中心振動(dòng)，整體以靜態(tài)粒子的形象呈現(xiàn)。
圖3反映的是電子受外力作用后，內(nèi)部量子運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生改變，產(chǎn)生前傾偏角，螺旋曲折運(yùn)動(dòng)，整體呈現(xiàn)以速度u前進(jìn)。
這正好構(gòu)成了如下的動(dòng)量關(guān)系：
其中：
得：
這正是經(jīng)典時(shí)空下，光電效應(yīng)量子化、動(dòng)量守恒、能量守恒的必然結(jié)果。
其次，粒子的內(nèi)部變化與運(yùn)動(dòng)軌跡均不同。
相對(duì)論中，質(zhì)速關(guān)系存在于相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，粒子形態(tài)不因參考系變化而發(fā)散。對(duì)于一相對(duì)靜電子以u(píng)速度運(yùn)動(dòng)的參考照系，靜電子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示：
圖5中，OA反映的是組成靜電子的量子保持原有的光速c振動(dòng)，OB反映的是相對(duì)于u速運(yùn)動(dòng)的參照系的電子軌跡。從經(jīng)典時(shí)空看來(lái)0B方向的速度本應(yīng)是，但從相對(duì)論看來(lái)，由于光速不變性，OB方向上的速度仍為光速c。
由此，雖然量子時(shí)空下與相對(duì)論時(shí)空下電子的軌跡圖像相似，但電子的實(shí)際運(yùn)動(dòng)變化是不同的。相對(duì)論下，電子沒(méi)受外力，電子保持原有形態(tài)，而量子時(shí)空下，發(fā)生光電反應(yīng)，內(nèi)部形態(tài)發(fā)生改變，不但吸收了新能量，頻率增強(qiáng)，電子內(nèi)部量子集體運(yùn)動(dòng)方向也發(fā)生變化。
其三，兩者對(duì)質(zhì)速關(guān)系中的能量變化的解讀的差異
上述已知，相對(duì)論下粒子實(shí)際保持原有狀態(tài)，那么也就無(wú)所謂粒子內(nèi)部能量具體變化了。但量子時(shí)空下，則能量具體變化結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行解構(gòu)。質(zhì)速關(guān)系解構(gòu)如下：
從量子時(shí)空的角度來(lái)看，可以清晰的看出與交互作用，獲得了速度u方向上的速度。獲得部分動(dòng)能的同時(shí)減損部分質(zhì)能，靜質(zhì)能變?yōu)?則獲得部分能量，動(dòng)質(zhì)能變?yōu)?。具體變化過(guò)程：
靜電子受力，內(nèi)部量子振動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，量子仍以光速c振動(dòng)，體現(xiàn)在整體上呈u速運(yùn)動(dòng)，量子振速c與粒子移動(dòng)速度u有一傾角。故c有兩個(gè)分量，一個(gè)是速度u，另一個(gè)是
；u方向上有動(dòng)量，動(dòng)能量;方向上，動(dòng)量是，大小等效于，此時(shí)靜質(zhì)能減小為：。
可以看出，量子時(shí)空的靜質(zhì)能變化與相對(duì)論時(shí)空是有明顯差別的。在相對(duì)論中，只要觀察者與靜電子處于相對(duì)靜止，其靜質(zhì)能就為；但量子時(shí)空的靜質(zhì)能則不依賴于觀察者，而是由速度c的兩個(gè)分量及 u決定。方向代表靜質(zhì)能，u方向代表動(dòng)質(zhì)能。其中作為與交互作用，亦遵循量子交換規(guī)律(見(jiàn)第二部分第1波長(zhǎng)差推導(dǎo)):
其中， 正是相互作用中減損的能量 中的質(zhì)量。
顯然，相對(duì)論無(wú)法具體交代靜電子與吸收的能量之間的交換，只能是籠統(tǒng)用光速不變引發(fā)時(shí)空彎曲產(chǎn)生質(zhì)速關(guān)系來(lái)敷衍了事。
其四，邏輯關(guān)系不同
相對(duì)論質(zhì)速關(guān)系，動(dòng)質(zhì)量因速度的變化而變化，速度決定了質(zhì)量。而量子時(shí)空下的質(zhì)速關(guān)系，電子質(zhì)量的增加由入射光質(zhì)量及靜電子質(zhì)量及出射光角度決定（出射光角度與反沖能量大小相關(guān)），進(jìn)而決定了電子速度。因?yàn)橹挥兄牢樟硕嗌倌芰坎趴赡苤浪俣鹊拇笮?，所以電子的?dòng)質(zhì)量不可能是速度的因變量。由此可知，靜電子因吸收光子質(zhì)能獲得的動(dòng)質(zhì)量與相對(duì)論時(shí)空的動(dòng)質(zhì)量是有明顯的邏輯區(qū)別的。
其五，質(zhì)量增長(zhǎng)的方式不同
相對(duì)論的動(dòng)質(zhì)量，會(huì)因參照系速度不同而變化，但物體實(shí)際保持原狀，因此該動(dòng)質(zhì)量具有觀察效應(yīng)。而量子時(shí)空中，質(zhì)速關(guān)系只存在于光量子與粒子的相互作用過(guò)程。質(zhì)量的增長(zhǎng)是因?yàn)槲樟四芰?，速度的增長(zhǎng)也是能量分配的結(jié)果。根據(jù)質(zhì)量守恒，光電效應(yīng)中入射光與出射光的能量差所導(dǎo)致的質(zhì)量減損，顯然要轉(zhuǎn)移到新載體中，并參與到電子的運(yùn)動(dòng)能量分配中。在經(jīng)典理論中，A、B兩球碰撞，如果兩球合體，則B球動(dòng)量由A、B合質(zhì)量及合速度構(gòu)成，如果兩球分離，則B球動(dòng)量只由速度及B球質(zhì)量構(gòu)成。質(zhì)量的實(shí)質(zhì)增長(zhǎng)實(shí)實(shí)在在參與到動(dòng)量的變化當(dāng)中，而不是相對(duì)論的相對(duì)觀察效應(yīng)。
上述分析了實(shí)驗(yàn)室中質(zhì)速關(guān)系的非相對(duì)論性質(zhì)，指出了與相對(duì)論效應(yīng)的差異。充分說(shuō)明了質(zhì)速關(guān)系的是一個(gè)復(fù)雜的量子相互作用的結(jié)果，是實(shí)驗(yàn)室中光量子與粒子在動(dòng)量守恒、能量守恒及光電效應(yīng)量子化規(guī)律三個(gè)條件共同制約下的必然結(jié)果，而不是相對(duì)論時(shí)空關(guān)系。物理實(shí)驗(yàn)是個(gè)具體而復(fù)雜的變化過(guò)程，顯然相對(duì)論并無(wú)法如量子力學(xué)那樣來(lái)具體描述這樣的實(shí)驗(yàn)，無(wú)法具體詮釋質(zhì)速關(guān)系中各質(zhì)量、動(dòng)量、能量等具體變化。
4、同類(lèi)實(shí)驗(yàn)解釋
基于量子時(shí)空合理解釋康普頓實(shí)驗(yàn)這一事實(shí)，它必定亦可以解釋一些微觀同類(lèi)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
? 貝托齊極限速率實(shí)驗(yàn)：
貝托齊極限速率實(shí)驗(yàn)中電子由靜電加速器加速，隨動(dòng)能的增大，速率趨近于極限速率c，而不是按牛頓公式電子速率無(wú)限制增大。并得出粒子有一極限速率c這一結(jié)論。由此，這實(shí)驗(yàn)亦被用于證明相對(duì)論的正確性。然而，這類(lèi)實(shí)驗(yàn)本質(zhì)上與康普頓實(shí)驗(yàn)都具有相似性，都是光電效應(yīng)。即光量子與電粒子之間的相互作用。故極限速率必然能用量子時(shí)空的觀點(diǎn)來(lái)解釋。從康普頓實(shí)驗(yàn)中可以知道，輸入的能量與粒子相互作用后能動(dòng)量分配后有質(zhì)速關(guān)系：，而u速率是受約束的，越大，u就越大，但u一定小于c。從另外一個(gè)更直觀的角度看，被吸收的能量除了要承擔(dān)推動(dòng)相對(duì)靜止的電子以u(píng)運(yùn)動(dòng)，自身的質(zhì)量也要承載運(yùn)動(dòng)并與運(yùn)動(dòng)電子速率同步，故顯然。
? μ子實(shí)驗(yàn)
運(yùn)動(dòng)的高能粒子穿過(guò)一段距離所需時(shí)間與靜止時(shí)高能粒子的平均壽命之間存在一個(gè)洛倫茲因子的比例關(guān)系，被視為相對(duì)論的佐證。其中一個(gè)案例與μ子有關(guān)。
運(yùn)動(dòng)的高能粒子穿過(guò)一段距離所需時(shí)間與靜止時(shí)高能粒子的平均壽命之間存在一個(gè)洛倫茲因子的比例關(guān)系，被視為相對(duì)論的佐證。其中一個(gè)案例與μ子有關(guān)。μ子帶負(fù)電荷，靜止質(zhì)量是電子的207倍，有的速度高達(dá)0.995倍光速，靜止平均壽命約τ=2.2微秒?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)μ子居然能從6~7公里的高空出現(xiàn)并抵達(dá)地面，而按平均壽命計(jì)算，它能穿越的距離僅約： 。于是科學(xué)家認(rèn)為高速運(yùn)動(dòng)的粒子要考慮相對(duì)論效應(yīng)，故換算后穿越時(shí)間及距離為：
因?yàn)樗玫慕Y(jié)果與實(shí)際的實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為接近，實(shí)驗(yàn)被認(rèn)為是對(duì)相對(duì)論的支持。
然而，我們同樣可以用量子時(shí)空來(lái)解決這個(gè)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題。
首先，前文中量子時(shí)空認(rèn)為靜粒子吸收能量高速運(yùn)動(dòng)，質(zhì)速關(guān)系形式如同相對(duì)論，但不是相對(duì)論時(shí)空效應(yīng)，粒子都是由一份份的具有相同速率的量子組成，每一量子不存在時(shí)空相對(duì)收縮，自然粒子也就不會(huì)發(fā)生尺縮鐘慢。
其次，由于粒子衰變，本質(zhì)上是粒子能量發(fā)生衰變的結(jié)果。當(dāng)能量衰敗到臨界點(diǎn)時(shí)，粒子就分解成其他形態(tài)。根據(jù)能量量子化的特點(diǎn)，可知一份份的能量衰減必然對(duì)應(yīng)一份份的時(shí)間。也就是時(shí)間與衰變的能量之間呈正比的關(guān)系。即有：，k為常數(shù)，Δm為衰減質(zhì)量。則有：
此處反映了粒子平均壽命的本質(zhì)是由衰減的能量決定的，處于高速運(yùn)動(dòng)時(shí)能量頻率高，衰變用時(shí)比靜止時(shí)增多，其比率自然因與質(zhì)量直接相關(guān)而滿足質(zhì)速關(guān)系。
此處反映了粒子平均壽命的本質(zhì)是由衰減的能量決定的，處于高速運(yùn)動(dòng)時(shí)能量頻率高，衰變用時(shí)比靜止時(shí)增多，其比率自然因與質(zhì)量直接相關(guān)而滿足質(zhì)速關(guān)系。
三、結(jié)論
物體與空間本是類(lèi)似“有”與“無(wú)”的對(duì)立統(tǒng)一關(guān)系，空間不是物體，不應(yīng)有獨(dú)立形體的變化。但相對(duì)論的時(shí)空卻具有伸縮性，使得物理學(xué)在描述具體的物理現(xiàn)象時(shí)陷入不可捉摸玄幻境界。而科學(xué)不應(yīng)只滿足于描述現(xiàn)象，還應(yīng)揭示本質(zhì)，這是人類(lèi)對(duì)真理認(rèn)識(shí)的需求。
康普頓實(shí)驗(yàn)揭示了量子時(shí)空中的一條重要規(guī)律，即“光電效應(yīng)量子化”，揭示了電子與光量子同源同質(zhì)，所有的粒子與光量子，都由光速振動(dòng)的基本質(zhì)量子構(gòu)成，只是存在的形式不同，電子本質(zhì)是粒子化的光量子，即 ，這一事實(shí)，無(wú)論正向推導(dǎo)還是逆向推導(dǎo)都充分證明這一點(diǎn)，當(dāng)然電子湮滅成光量子本已是現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)所證實(shí)的。通過(guò)對(duì)核心公式 展開(kāi)演繹，揭示了康普頓實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的“相對(duì)論效應(yīng)”的本質(zhì)是量子時(shí)空下光電效應(yīng)量子化的結(jié)果。
量子時(shí)空，以經(jīng)典時(shí)空為背景，量子遍布虛空，萬(wàn)物皆由量子組合，基本量子為h，基本質(zhì)量子為 (J為焦耳），粒子中的量子不斷與空間中的量子交換能量，和光同塵，起伏生滅。粒子組成的物體天生伴隨著量子場(chǎng)，能產(chǎn)生形體變化的是占據(jù)著空間的量子場(chǎng)而不是虛空，這樣可避免因時(shí)空彎曲而把虛空物化。這樣能量守恒就只與相互作用前后量子交換變化的多少相關(guān)，而不必畫(huà)蛇添足與時(shí)空彎曲糾纏不清。
參考書(shū)籍：
1、《大學(xué)物理學(xué)（光學(xué)、量子物理）》，張三慧著，清華大學(xué)出版社，2008年
2、《大學(xué)物理學(xué)（力學(xué)、熱學(xué)）》，張三慧著，清華大學(xué)出版社，2008年
3、《原子物理學(xué)》，楊福家著，高等教育出版社，2008年
4、《道德經(jīng)》、《大方廣佛楞嚴(yán)經(jīng)》
