光在不同介质里的波长（光的特性及其传导方式）

《真假物理》第四篇

第四篇

光的特性及其传导方式

Features of light and its conduction mode

摘要

光只是现象，不是本质的物质存在。在物质的动态基础微粒环境（BP环境）中，光是物质动态基础微粒（BP）的运动状态发生相变时的外在表现。光的本质是BP的运动状态的相变。因此，BP在BP环境中的运动特性决定了光的特性：1，光不可能离开光源而独立存在。 2，光不可能在没有介质的环境中传播。光的四种基本传导方式为：1， 就近回传。2，片状扩散。3，波纹式扩散。4，“甜甜圈”模式。光的传播存在两个速度：边界光速与域内光速。

Light is only a phenomenon, not an essential physical existence. In the dynamic basic particle environment (BP environment) of matter, light is the external manifestation when the motion state of the dynamic basic particle (BP) of matter changes. The essence of light is the phase transition of BP's motion state. Therefore, the motion characteristics of BP in its environment determine the characteristics of light: 1. Light cannot exist independently from the light source. 2. Light cannot conduct in an environment without media. The four basic transmission modes of light are: 1. Immediate return to its start point. 2. Flake diffusion. 3. Corrugated diffusion. 4. "Donut" mode. The conduction of light has two speeds: the boundary velocity and intra-domain velocity.

关键词：物理光学；就近回传；片状扩散；波纹式扩散； “甜甜圈”模式；边界光速与域内光速

Keywords: physical optics； Immediate return；Flake diffusion；Corrugated diffusion；"Donut" mode；boundary velocity and intra-domain velocity.

正文

0 引言

我们人类通过眼睛“看”身外的一切，而眼睛则是通过捕获并感知光的差异来实现“看”的功能。眼睛只是工具，而光才是我们人类了解物质世界的真正的界面和窗口。因此，人类要能够正确地理解这个丰富多彩的物质世界，首先必须获得对光的正确认知。

1 光的发生环境

在《宇宙的实空比猜想》[1]中，我们已经分析了宇宙的存在机制——物质的动态基础微粒环境（BP环境）。在BP环境中，一般情况下，物质的动态基础微粒（dynamic basic particle ，简称BP）以阵列的形式存在，每两个相邻的BP之间，要么自旋方向相反，要么自旋的旋转轴相同。它们的运行机制，是一切物质及其运动现象的存在基础。

图1 BP环境中的BP阵列 Fig1, The array of BPs in the BP environment

无论是我们人类、地球上的生物、各种无机的和有机的物质，地球、太阳，满天的星体，还是风、雷、雨、雪、光、电、磁、辐射，无论我们是具体有形的物质实体，比如我们的身体，比如路边的一块石头，还是无形的运动现象，比如光、电、磁、辐射等等，都是存在于这个共同的、宇宙大尺度范围内统一的BP环境中。（BP环境会在局部发生变化并形成一定的差异，但它服从整体的规律，因此不影响它在宇宙大尺度范围内的整体性。）

对这一点的理解至关重要，它是我们21世纪人类与20世纪人类在物理认知上的最根本的区别，也是用以判定一个物理知识是否正确的标尺：20世纪的人类总是脱离开发生环境来孤立地考察物理现象，这是不正确的。

因此，只有在光的发生环境——BP环境中来分析光，我们才可能正确地理解它。

2 光的本质

在物质的动态基础微粒环境（BP环境）中，光是物质动态基础微粒（BP）的运动状态发生相变时的外在表现。光的本质是BP的运动状态的相变。因此，光只是物质的运动现象，不是本质的物质存在。不存在“光”这种物质。

声、光、电、磁、辐射、能量等等，都是BP在BP环境中所进行的运动的外在表现。其本质指向核心的物质本体：BP。

比如，一个简单的现象: 高压线路。电流的本质，是在铜线阵列中的BP之间相变的传导。由于铜线中铜的BP阵列与橡胶外壳中的橡胶的BP阵列均属于复杂结构的BP阵列，它们相互之间的排列方式和属性的不同，在一定电压和电流强度范围内，铜线中的BP阵列的相变在线路中的传导很难扩散到包裹层的橡胶中，我们把这种现象称为“绝缘”，于是，这种情况下的BP的传导只会在铜线内“安静”地进行，不会产生光。但是一旦电线断裂或者橡胶层被破坏，导致铜线裸露在空气中，由于地表空气中的BP的阵列属于基于单个BP的基准阵列，且其中混杂的氢、氧、水分子、二氧化碳等大分子物质的密度较高，使BP阵列处于相对不稳定状态，一旦接触铜线阵列中致密且高速自转的BP，就会发生剧烈相变，于是我们就会看见空气中出现强烈的燃烧——“声”和“光”的混合表现。

结论：在任何有光的地方，都是在向我们展示BP环境的某一种运动状态正在发生变化。

比如，红光或蓝光，说明该光区内的BP的自转相基于BP阵列集体一致，但与区域外不同，不同区域的BP的不同自转相的碰撞在接触面发生，于是形成光，颜色的不同显示的是边界面相变BP的自转速率的差异。当两个不同自转相的BP群体，相互影响并最终形成一致的自转相后，光消失。

关于这一点的更多分析，可参考我的头条文章《光的本质是什么》。[2]

提示：当光发生的时候，光只是界面现象。研究发生光的界面两侧的BP性状，能帮我们更好的明白“光”。更重要的是，能帮助我们更好地理解BP环境。

3 光的特性。

光的特性由BP在BP环境中的运动特性决定。

3.1 光不可能离开光源而独立存在。

证据：关于这一点的证据，在我们的生活中实在是太多了。燃灭火柴、开关电灯、燃灭蜡烛、开关手电筒。。。多到不可胜数。我们一直看不到这些证据的原因，正是因为我们缺乏对BP环境的认知，不明白在所有的运动现象中，最为至关重要的并不是运动本身，而是它们的发生环境——BP环境。对于一旦关闭光源，光就消失，一直以来我们误以为这是因为光速太快了。因此，在《为什么夜晚的天空是黑色的》[3]一文中，我特意把实验环境放进一个“封闭的集装箱”里，就是告诉大家，光的消失与速度无关。在封闭的集中箱中，再快的速度也无处可去，可为什么关灯之后还是黑暗呢？这正是我们去正确地理解“光不可能离开光源而独立存在”的关键。

关于“光不可能离开光源而独立存在”的更多实验验证：

实验装置：用镜面材料制作成一只巨大的、封闭的空心球体，让所有的镜面向内，指向球体的球心；在球体里接入一只电灯泡，将它的电源开关安装在球体外面以方便控制；在球体内任意位置安装一只摄像头，连线到手机或者电脑上，使我们可通过摄像头看见球体内部。

实验步骤一，启动摄像头，并打开球体内部电灯泡的电源开关。这时，我们能清晰地看见球体内部是明亮的。

实验步骤二，然后，关闭电灯泡的电源。我们会发现球体内部瞬间变成黑暗。摄像头只能拍摄到一片漆黑。

分析：如果光是物质，可脱离光源独立存在，或者说，如果我们认为的“光子”的确存在，那么，由于球体内部是一个被镜面封闭的球体空间，当我们关闭电灯泡的电源之后，“光”就应该会在球体内部不断反射，而不会消失。球体内部就一定会保持明亮。

可这个实验获得的事实是，一旦关闭电灯泡，球体内部会立即变成漆黑一片。

实验结论：光离开光源不可能独立存在。

另外，这些曾经困惑我们的现象，它们的答案也是光离开光源后不可能单独存的强有力的例证：一，为什么夜晚的天空是黑色的。二，为什么您永远不可能看见8分钟前的太阳。三，一颗距离为十万光年的恒星，为什么我们现在看到的，就是它正在发出的光，而不可能是它10万年前发出的。

提示：因此，当您开始能正确地理解为什么“我们与一个十万光年之外的恒星共享同一秒光”时，您就会逐渐明白，为什么宇宙就是今天我们看到的这个样子。认为我们看见了“十万光年之前的某个星球的光”这样的想法是荒唐的。

3.2 光不可能在没有介质的环境中传播。

结论：简单说，因为光只是物质运动的表现，不是本质的物质存在，因此，没有物质的地方，不可能产生光。

这个结论的重要性在于，如果反推：凡是光能通过的地方，就一定有物质存在。因此，1， 光能在”“真空”中传播，因此否定了绝对真空的存在。2，“真空”中的物质机理，极有可能就是BP阵列的最单纯、最基本的结构和性状。

在这里，我需要再一次强调一下“触导原则”在我们认知物质世界中的重要性。

触导原则，是指物质世界的任何传导，小到力、波、光、电，大到风雷雨雪飞行航天，以及星球的相互吸引等等，其前提都是两个物质实体之间必须发生直接或间接的接触。没有接触，以上任何传导都不可能发生。

“触导原则”是我发现宇宙的实空比的方法和基础，因为它能很直接地帮助我们判断我们的结论是否正确。

4．光的传播方式。

光的传播方式，实际上就是BP在BP环境中发生相变时，相变的传导方式。总共有4种表现。

4.1 就近回传。

上面图1所展示的，是BP的排列机制。图中的球体是BP的基本形状，红色代表BP处于运动状态，而箭头则表征该BP的旋转方向。我们当前的宇宙，绝大部分的体积是以单个BP的形式，按这种排列方式存在的。

在上图的BP阵列中，处于中间一层的中部的BP，它的存在状况，就是当前宇宙中所有单个BP的基本存在状况。（这种存在状况是相对于核基及由其进一步构成的大分子物质中的BP的存在状况而言的。）

在图1中，我们能看到，任何一只BP，当它发生运动相变的时候，受它的影响，在它的自转方向上，前后左右的BP都会同时发生相变。然后，基于BP的自转特性，作为光源的BP导致的相变，会立即同时又被前后左右BP的自转导回到自身。这就是“就近回传”的基本原理。

提示：光的“就近回传”方式，是以下这些现象的形成的原因：1， 光离开光源就会立即消失。2，开灯明亮，关灯立即黑暗。3， 夜晚的天空为什么是黑色的。4，为什么您看到的太阳光不可能是8分钟前的。5，为什么我们能通过光纤利用光进行信息传递。

4.2片状扩散。

通过图1中的BP阵列，我们可以看到，如果光源只是一只BP，且如果这只BP恒定地输出相变，那么，它产生的光，就一定会保持在一个单一的自转赤道平面上进行传播。整个传播看起来就像一张光碟。这就是光的“片状扩散”。

它的形成原理：在BP阵列中，在自转方向上，每两只BP之间既两两相触又各自保持自己的独立自转。在这种机制里，如果光源BP产生的相变不是连续的，而只是一次性的、瞬时的，那么，它所产生的相变的传导，就只为形成一个圈并很快消失。这种性状，与我们在水平面上看到的水波纹的扩张相同。

一次性的、瞬时性的光源，它产生的影响是有限的，也是瞬时性的。形成的光圈会很快消失。但是，如果这只BP的动能足够大，能保持恒定的相变输出，那么，它产生的光圈之间就不会有明显的界限，而是会持续向外扩展。这时候的光的传播，就会形成一张平面光碟的形状，并不断向外扩张。

结论：在理想状态下，以“就近回传”为基础，一只BP形成的恒定的光源，其形成的相变的传播，一定会呈现为“光碟”形状的片状传播模式。

4.3波纹式扩散。

“波”的产生过程——作为光源的BP，如果它的自转轴与它所进入的阵列中其他BP的自转轴存在角度偏差，那么，为了开启自己的新的阵列。不可避免地，光源BP对原有的BP阵列中的BP，除了产生自转速率和自转方向上的改变之外，还产生强烈的相互推挤，于是形成明显的波。

“光波”的产生原理与水波纹的产生原理是完全一样的。它们形成的形状和扩散方式也是完全一样的。这就是光的“波纹式扩散”模式。

事实上，在现实中，单个BP形成恒定光源的可能性不存在，因为单个的BP无法获得持续而恒定的、大于环境中的BP自转速率的动能输入，因此也就无法形成恒定的相变输出。

于是，现实中的光源，100%都是由多个BP构成的复合结构。比如，最普遍的，就是由3只BP构成的稳定的核基（见图2）。由于它们的形状无论如何无法融于BP阵列，于是与阵列环境中的BP之间就形成持续的摩擦和冲撞，因此形成恒定的光源。（这就是为什么我们发现“强子”总是在不停地高速旋转的原因。）

图2，核基 Fig2, nucleus base

这种情形的光源，我们称之为“复合光源”。

由于它们自身形状的不规则，被动形成的自转也不规则，于是不仅持续地对阵列中的BP的自转产生影响，同时会持续地对阵列中的BP产生推挤，在光源周围形成一个“球状”的向外扩散的波状球体。这种波状球体，在光源点会比较容易被观察到，因此我们会比较容易看见各种点状的“光”。而随着这种波状球体开始扩张，很快我们就无法看见它的整体，而只能看见它的局部的波纹式扩散轨迹，看起来就像水波纹的扩散一样。

这就是为什么我们会首先观察到“光的波粒二象性”的原因。

在现实中，任何光的传播，都是同时以就近回传、片状扩散和波纹式传播的模式复合进行的。因此，我们说，用“光线”、“光做直线运动”来描述光的传播，是不正确的。

我们之所以会看到，可见光多呈现“直线传播”的方式，主要是因为，在地球圈层内部光源中，可见光多是由复合光源发生，或者，甚至是使用人造的受限激发设备充当光源，比如电筒、激光笔等等，它们产生的光的表现是光的复合表现，我们很难在里面去区分光的具体的传播方式。但尽管如此，它们的整体表现必然是符合光的几种传播方式的组合特性的。

而地外光源，如太阳，虽然是非受限光源，但它们不仅是复合光源，而且是非常巨大的复合光源。它引起的相变到达我们地球时，其传播半径已经大到超出了我们的观察极限，我们只能看到它切割既有的BP环境阵列时的局部表现，于是产生了光的“直线”的观感，这是一种不完全的感知。

今天，我们已经有了丰富的、各种式样不同的灯饰产品。相信大家一定曾经看到过某一些灯具，能够产生我们肉眼能捕捉到的光圈、光盘、光球等等现象。如果您仔细去分析一下它们产生的BP阵列原理，您将能更好地理解光。

另外，即使是受限激发的光，比如激光，在相变传导开始后，它形成的光柱也会切割既存的BP阵列，并因此改变它所经过的位置上的BP的自转相，进而围绕光柱激发新的相变。这就是为什么，您虽然是用一只激光笔指向天空，可周围的其他人无论是处在哪个角度，都能同时清晰地看见这束光的原因。

4.4 “甜甜圈”模式。

图3，甜甜圈（图片来自网络） Fig3, donut（pic from internet）

“甜甜圈”模式是恒定的非受限光源在BP阵列中进行传导时形成的一种基本的路径形态。

“甜甜圈”模式的形成有两个基本条件：

第一，该非受限光源由至少3只或3只以上的BP以复杂结构构成（说明：BP的复杂结构，指BP之间以不同于BP环境阵列的方式组合形成的存在形式。）。

第二，该非受限光源在自转方向上保持稳定，或者其自转方向至少在一定期限内保持稳定。

这个期限由该非受限光源在其外围形成“甜甜圈”路径形态所需要的时间来确定。一般来说，这个期限与光源的质量成正比，与光源的自转速率成反比。

比如，一只高速自转且自转方向稳定的的氢原子形成自己的“甜甜圈”路径形态可能只需要0.01秒，而地球形成自己的甜甜圈”路径形态则需要长得多的时间。（附注：地球的磁力线路径，就是地球的甜甜圈”路径形态。）

“甜甜圈”模式的形成原理：

从上面的图1中，大家可以看到，BP在阵列中的基准排列方式为：每两个相邻的BP之间，要么自旋方向相反，要么自旋的旋转轴相同。简单说，某个局部范围的BP阵列要趋于稳定，每两只BP之间自转赤道平面和旋转轴就一定会要么相同，要么平行。

于是，当一个自转赤道平面和旋转轴不符合上述条件的光源进入，并开始形成自己的阵列后，自转方向所在的面的传播由于只是使原有阵列的BP发生自旋方向的改变，且因直接受力于光源的自转面的旋转力的加持，其所产生的传导力相对较强，于是传播速度和路程都会相对较大。而从自转赤道面向两极发展，由于驱动BP自转相变的改变力不是直接来自光源的赤道面自转，而只能来自光源外的BP的传导，因此其传导力会从赤道向两极逐渐减弱。在同一个BP环境中，光源在前后左右上下六个面上所受到的力是一样的，而它能施加给两极的传导力却大大地小于赤道面，对相对较弱的光源，两极方向的影响力甚至可能消失。于是，两极方向的光的传播距离就会被环境中的BP阵列压缩，并在两极呈现向球心的光源靠拢的趋势，于是，整体表现上，光的立体传播就呈现出“甜甜圈”的形状。

证据：

光的“甜甜圈”模式，在现实中的现象分为两类。

第一类：微观现象。比如，电流流经线圈时的“左手定则、右手定则或右手螺旋定则”，其原理就是相变传导的“甜甜圈”模式。再比如，磁铁。磁铁产生磁性的原理，就是一个典型的、闭合的、BP环境中的相变的“甜甜圈”模型。

第二类：星体旋转导致的BP环境相变。

整个宇宙的主流结构是BP阵列，而大分子物质的产生，与光的产生是同源同理的。因此，我们可以将任意星球的存在当做是一个介入了BP阵列中的巨大“光源”。这样，无需借助更先进的器材，就以我们当前的科技水平，我们已经能看见比较恒定的、光的“甜甜圈”传播模式。

例子一，地球的磁力线形状。

图4，地球的磁力线图示。（源自维基百科） Fig4, A diagram of the Earth's magnetic field lines. ( from Wikipedia)

大家留意一下地球的磁力线的形状，特别是两极方向。

例子二，从地球的角度，科学家们在2010年观察到的银河系的磁场截面图[4]：

图5，银河系两侧的气泡图。（图片引用自中国新闻网）

Fig5, Bubbles on both sides of the Milky Way. (pic from Chinanews.com)

这是我们从侧面观察银河系所获得的影像。因为我们身处于银河系当中，所以这是我们唯一能获得的观测角度。将来，我们的飞行器能离开银河系，飞到足够远的地方，从它的两极观察，我们就会发现，获得的图片就会是一个巨大的“甜甜圈”。

提示：

我们已经在宇宙中发现了不止一个“黑洞”的存在。 可什么是“黑洞”？它是怎样形成的？

当我们理解了光的“甜甜圈”路径模式后，我们就不难理解，我们今天看到的所谓黑洞，其本质就是，我们刚好从两极的方向，看到了一个巨大星体的“甜甜圈”路径模式。

根据光的“甜甜圈”路径模式，我们有理由相信，任何自转方向恒定的星体，无论大小，其在BP环境中形成的“甜甜圈”效应，即：赤道面形成环状凸起而两极收缩形成“黑洞”，都是它们的标配。地球如此，太阳如此，银河系也是如此。这同样解释了，为什么银河系会是一个围绕银心的盘状结构。

我们现在只是注意到了星空中的某些星体两极的“黑洞”，而不是看见所有恒星都具有的黑洞（或“甜甜圈”路径效应），这要么是由于我们的观测角度的关系，要么是由于一些星体由于其本身体量过小，或者距离我们过于遥远，我们就算处于它的两极方向，也因为宇宙间BP环境的影响，而导致我们无法完整清晰地捕捉到它们。正如，我们看不见地球和太阳的“黑洞”，只是因为我们从来没能离开地球和太阳系，在两极方向的太空中远距离地观察它们。

5. 光的传播速度。

光的传播存在两个速度：边界光速与域内光速。

在分析光的传播速度之前，先要理解这样几个概念：

第一个概念：光域。

定义：光域 [field of light] 当光源出现后，BP环境中一定范围内的BP，其自转相被光源同化。这个BP的自转相被光源同化的区域，就叫做该光源的光域。

直观地说，当我们打开一颗电灯泡，它所照亮的范围，就是它的光域。这时，电灯泡就是光源，而它所照亮的范围，就是被它改变了自转相的BP环境的范围。

第二个概念：相变速度。

定义：相变速度 [phase changing speed] 一个到光源的距离为L的点，光源同化其所在位置的BP的自转相需要花费一定的时间T。这个距离与时间的比值L/T,就是光源在BP环境中制造相变的速度，简称光源的相变速度。

比如，一个光源，同化一只距离它大约30万公里的BP的自转相，需要花费1秒的时间，我们说，这个光源所制造的相变速度为大约30万公里每秒。

第三个概念：光源的域内定相效应。

定义：光源的域内定相效应 [phase domain effect of light source] 指在一个光源的光域之内，所有BP的自转相受该光源控制，并与该光源的自转相保持一致。

当一个光域内出现两个或两个以上的光源时，它们共同控制域内所有BP的自转相。通常，距离某一点的BP越近的光源，其自转相对该点的BP的自转相的影响力越强，反之越弱。

5.1 边界光速。

定义：边界光速[Boundary velocity of light] 指一只光源出现后，其所形成的光域的边界在BP环境中的扩张速度。

严格说，边界光速实际上就是光源的相变速度。

我们今天测得的大约30万公里每秒的光速，实际上只是边界光速，或者光源的相变速度。

根据30万公里每秒的边界光速的测定，我们说，一颗距离地球1万光年的恒星，它的光域必须经过1万年，才会扩张到地球所在的位置，这一点是成立的。反过来，如果在距离地球1万光年的位置上，在今天，产生了一颗新的恒星，那么，我们要在1万年后才有可能看见它。

5.2 域内光速

定义：域内光速 [intra-domain velocity of light]指光源对其光域内的所有BP的自转相的控制速度。域内光速是即时性的。就是说，一个光域一旦形成，无论它的范围是多大，光源对距离它1厘米的BP和对距离它100万光年的BP的自转相的影响时间是一样的。都是即时发生影响。域内光速实际上与距离和速度无关。

这是一个不可思议的认知。但是它却是光学的真相。它是由光的特性决定的：

第一，光离开光源会立即消失。反过来，就不难理解，如果我们现在看见一颗距离在100万光年之外的恒星的光，它只能说明一个问题：这颗恒星正在发光，并且我们进入了它的光域，因此我们能看见它。一旦一颗恒星消失，那么它的光一定会同时消失，因为根据光的就近回传原理，它的光域中所有的BP的自转相，在它消失的那一刻，会立即被BP环境中的BP阵列接管。我们是不可能看见一颗已经消失的恒星的。

第二，光源的域内定相效应。光在BP环境中传播的最基本的方式是就近回传。这一传播方式决定了，单独光源的情况下，同一个光域内的所有BP的自转相与光源保持一致。这就是域内光速得以成立的原因。

事实上，在广阔的宇宙空间中，任何一个位置的BP，它的自转相都不可避免地同时受到以下几个方面的影响：1，某个光源星球，2，其他光源星球，3，介于光源星球之间的BP环境中的BP阵列。

因此，对任何光源而言，它的光域内的BP的自转相，以它为圆心，都具有由内向外逐渐减弱的趋势。但是这种趋势只会影响光域内不同位置的BP之间的自转相，使它们出现一定的差异，却不会改变，也不可能改变域内光速的即时性。

域内光速，对我们认知宇宙的现状非常重要。它告诉我们，我们现在看到的夜空，就是它现在的样子。“看见8分钟以前的太阳、看见1万年前的星球的光”这些荒唐的结论是不成立的。

参考文献：

[1] 焦师傅，《宇宙的实空比猜想》，今日头条：https://m.toutiao.com/is/hgCn6kS/ - 宇宙的实空比猜想 。

[2]焦师傅，《光的本质是什么》，今日头条：https://m.toutiao.com/is/r3vMq34/ - 光的本质是什么？。

[3]焦师傅，《为什么夜晚的天空是黑色的》，今日头条：https://m.toutiao.com/is/r3TctY4/ - 为什么夜晚的天空是黑色的？@中科院物理所。

[4]《美科学家发现巨大太空"气泡" 光线穿过需5万年》中国新闻网2010-11-12，https://www.chinanews.com.cn/gj/2010/11-12/2651879.shtml

作者简介：

焦师傅，orcid#: 0000-0002-7481-6665

外贸人，业余科学爱好者。1993年毕业于贵州省毕节师专英语系。

中图分类号：

O436 物理光学

,