Page 20 - 物质的绝对运动——相对论和量子力学的物理起源

学现象，使以太的概念失去了意义。于是，人们接受了电磁波本身就是一种物质的概念，它
携带着能量并以波的形式传播，不需要任何传播介质，也就是说，电磁波是一种物质波。
正当光的电磁波理论取得全面进展的时候，光粒子说却以一种意想不到的方式复活了。
1900 年，普朗克为解释黑体辐射提出了能量量子假设，在此基础上成功地导出了与实验相
符合的黑体辐射定律，由此拉开了现代量子力学的序幕。1905 年，爱因斯坦在《关于光的
产生和转化的一个启发性观点》一文中提出光量子假说，他写道：“按照这里提出的假设，
从点光源发出的光束能量在传播中不是连续分布到越来越大的空间，而是由数目有限并局限
于空间各点的能量子组成，它们能运动，但不能再分割，只能整个地被吸收或产生”。他用
光量子假设成功地解释了光电效应，光量子后来称为光子。此后不久，玻尔根据普朗克假设
和爱因斯坦的光量子假设，提出关于原子中电子运动轨道的量子化假设，从而成功地定性解
释了原子的线性光谱。1923 年康普顿（A.H.Compton）散射实验验证了光的粒子性。
至此，人们不得不承认这样一个事实：光同时具有波动性和粒子性。一方面，在与光的
传播特性有关的一系列现象（干涉、衍射、偏振等）中，光表现出波动的本性并可用麦克斯
韦电磁场理论完美地描述；另一方面，在光与物质作用并产生能量和动量交换的过程中，光
又充分表现出分立的量子化（粒子性）特征，并可由爱因斯坦的光量子理论加以成功地描述。
20 世纪 30 年代初，狄拉克和费米（E.Fermi）等人创立的量子电动力学，将光场（电磁场）
与物质体系（原子、电子等）作为一个统一的整体而加以量子力学式的处理，从而导致量子
化电磁场和量子化物质体系同时存在，这个理论能够对所有光学现象给出严格的合理的说
明。60 年代后，激光的诞生使量子光学获得了异常迅速的发展，许多新的物理现象和物理
效应不断涌现，使人们对光的量子特性有了更加深刻的认识。
量子光学强化了光和电磁场的物质性。过去人们承认由分子、原子、电子等粒子组成的
实物是物质，但觉得光和电磁场与上述物质不同，虽然光子或电磁场具有能量和动量，但没
有静止质量，故常常把它们归为能量范畴而不是物质范畴。爱因斯坦的质能关系式表明，质
量和能量是等效的。量子理论揭示了光子和实物粒子在一定条件下均可表现出波动性和粒子
性，说明波-粒二相性是物质的普遍性质。因此，把实物和场截然分开的观点是狭隘的。特
别是 1932 年安德森发现正电子以后，实验中观察到高能 光子可转化为一对正、负电子（电
子对的产生），反过来，一对正、负电子相遇可转化为 光子（电子对的湮灭），这些事实充
分证明，就物质性而言，光子和电子没有本质区别。
那么，我们如何来理解光或电磁波的物质性呢？根据爱因斯坦的光量子学说，由点光源
发出的光束是由数目有限的光子组成的，光子是电磁波，而电磁波是一种物质波，即无需传
播介质而依靠自身电磁振荡而传播的波。电磁波的物质波性质表明，光子不过是物质存在的
一种形式，也就是说，光子或电磁波是由某种物质构成的，可以把这种物质称为“电磁波样
物质”。根据光子的物理性质可以推测“电磁波样物质”的性质，有两点是不言而喻的：第
一，光子没有内部结构，故“电磁波样物质”不可能是“粒子”形式的物质，而是一种“波”
形式的物质；第二，光子的运动速度为绝对速度 c，故“电磁波样物质”是以绝对速度 c 运
动的物质。
根据光速的不变性和极限性，前面把真空中的光速 c 定义为物质运动的绝对速度。以这
个绝对速度为标准，可以重新定义绝对运动，即：绝对运动系指物质以绝对速度 c 运动。按
照这个定义，光子、引力子等零质量粒子的运动属于绝对运动。这样的绝对运动与牛顿定义
的绝对运动是完全不同的两个概念。牛顿的绝对运动以参考系为标准，系指物体相对绝对空
间（参考系）的运动；这里定义的绝对运动以速度为标准，系指物质以绝对速度 c 运动，且
c 与参考系无关。
已知正负电子相遇可湮灭为光子，而光子可转化为正负电子对。根据电子与光子可相互
转化的实验事实，我们可以推测：电子和光子可能是由相同的物质构成的，即电子和光子都

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