论光和电子的衍射与双缝干涉实验及其中的成因：障碍物边缘的正面反射和背面反射

高国昌

（喜通天大酒楼，广西 梧州543000）

我们都知道到目前为止都没有任何一种理论可以很好并完美的解释光和电子的衍射和双缝干涉实验。特别是单光子或单电子的双缝干涉实验。到底是什么原因导致这样？会不会其中又暗藏了什么我们未知的新的原理？要等着我们去探索发现!

量子力学的解释总是充满神奇色彩的，说是单个光子或单个电子具有分身术同时经过双缝自己和自己发生了干涉。从而形成了干涉条纹。

而我只想说句现实一点的话，如果每一个单独的光子或电子都具有分身术，只要是遇到双缝或障碍物就可以分身同时经过而不会与缝或障碍物的边缘发生（正面反射）或（背面反射）？那为什么在平时的沙尘、雾霾等不好的天气情况下光子为什么不能全部分身并同时通过呢？对于能见度高低一说，量子力学又能怎样解释？

而我却敢大胆的说，既使同时有两个或多个光子或电子同时经过双缝，因为由于存在（正面反射）和（背面反射）的原因。在同一时间内同时经过双缝的两个或多个的光子或电子未必就能相遇在一起从而形成干涉。

为什么会这样？这不是和我们的常识发生冲突吗？要发生干涉不是必须至少要有两个或多个波源相遇后才能产生干涉条纹吗？

为什么会这样？既然量子力学不能完美的解释光或电子的衍射和双缝干涉实验，特别是不能解决单光子或单电子的双缝干涉实验。这就代表量子力学还不够完善。要么是实验出现问题？还是我们的理论认识和常识出现问题？也有可能是我们的思考方式和方向出错了？这就像我们要去一个地方，只要是方向错了，那么我们或许就很难到达。

那什么是障碍物边缘的（正面反射）和（背面反射）？我们的常识和原来的理论又错在那里？我们又是如何被误导的？你是相信真理？还是相信不够完善和有缺陷有问题的权威？这就像是我们发射火箭卫星是一样的道理：那怕你百分之九十九点九九九的设计和零件都合格没有问题。但是那怕是一个设计或零件在发射过程中出现了问题，从而导致发射失败。那么你的这次任务和结果就是失败和不完美的。我并不是说否定量子力学，只是觉得它还不够完善而已。

所以，只要你能找出其中的问题并想方法解决问题，不断完善它，避免下次犯同样的错误，并从中有所新的发现和收获。那么你下次就能走的更远，并且有可能找到和发现新大陆!

那什么又是障碍物边缘的（正面反射）（如图1）和（背面反射）（如图2）？

在此之前，我先跟大家分享一下我的新发现，这也是一直困扰并误导我们多年的旧理论和旧思想。正是因为它的存在，导致我们一次次的与真理和新发现擦肩而过。从而被挡在了通往成功的大门之外。（如图3）。

看过我前一篇论文《论光和电子的衍射与双缝干涉实验，及论如何突破光和电子的衍射极限，提高光学及电子显微镜的分辨率》和懂得量子力学的朋友们都知道。量子力学中有一条著名的不确定性原理，主要是说微观粒子比如光子和电子的位置和动量不能同时准确测定，一个测量的越准则另一个就测量的越不准确。

图1

图2

图3

也就是说微观粒子比如光子和电子它们在传播过程中没有固定的运行轨道，它们可以同时存在任何地方，只要你不测量它，它可同时存在任何地方。一但你去测量它，它就波函数坍缩，有了确定的状态。量子力学的这种概率波解释在过去的历史中是比较成功和受欢迎的，因为它与实验看起来很符合。但我们却不知道其中的原理和机制？为什么会这样？

当然它也是比较受很多人质疑和持反对意见的，主要代表人物就是大名鼎鼎的爱因斯坦，还说了一句千古名言：上帝从不掷骰子。穷其一生都不能接受概率波的这种解释，并与之抗战了一生。只可惜了这位天才，花了大半生的时间去与之抗战和探索，不但到死都没有完成统一物理学的愿望，花了那么多时间和精力却还没有新的发现和成就。这是我们人类的损失，一失足成千古恨。

当然，我们的前人之所以会有用概率波解释和认定微观粒子比如光子和电子没有固定的运行轨道这种说法是有原因的。因为光和电子的衍射和双缝干涉实验，特别是单光子和单电子的双缝干涉实验。因为它的结果太出乎人的意料了。用我们目前的理论都不能完美和正确的来解释和说明。所以量子力学只能用充满神奇色彩的理论和说法去理解和分析原因。

我通过实验和大量的思考分析后得出新的结论：只要加入障碍物的边缘（正面反射）和（背面反射）。每一个光子和电子都是有固定的运行轨道的。只是每个光子或电子的出发点不同而已。那么对于光和电子的衍射和双缝干涉实验，特别是单光子和单电子的双缝干涉实验就能得到完美和合理的解释了。

那为什么每一个光子或电子的出发点会不同？那是因为光源中由于每个原子的空间位置排列的不同，比如上下、左右、前后的排列不同。同时因为原子中的电子在进行能级跃迁时辐射出光子时的空间位置的不确定性，导致了每一个光子或电子的出发点不同。这也就是说每一个光子或电子的出发点都是不同并不确定的，是一种概率分布，从光源中那一点出发的可能性都有。所以我同意量子力学中概率波的解释，只是我有不一样的理解和认知。

那又是什么原因导致我们之前不能完美并正确的解释光和电子的衍射和双缝干涉实验，特别是单光子和单电子的双缝干涉实验呢？

第一：就是我们对单缝衍射和双缝干涉中的《缝》给理解错了，（如图3）。过去我们只知道当单缝或双缝只要小到一定距离的情况下才能发生明显的单缝衍射图样和双缝干涉条纹。却没有人去思考光或电子在缝中与缝的边缘发生了什么？缝当中又存在那些不为人知的惊人秘密？它们之间又是如何起相互作用的？

第二：我们都知道光具有波粒二象性：也就是说光在传播过程中是以波的形式向前传播，同时又具有粒子的特性，光的能量不是连续的，而是一份份的，我们简称光子。

第三：光波是横波：即质点的振动方向跟波的传播方向垂直。

第四：光是沿直线传播的。

第五：光可以在真空中独立传播。所以光的传播可以不需要介质，因此光在传播过程中不会像机械波在传播过程中会产生受迫振动。

由以上几点可以得出结论：每一个光子在传播过程中都是具有固定的运行轨道的。即每一个光子都是在以质点的振动方向跟波的传播方向垂直的波形中以直线独立向前传播。（如图4）所示。

图4

我们都知道光子或电子是具有波长的。但我们之前只都考虑过单缝或双缝的缝宽与波长的关系。却没有人想过既然光具有波粒二象性？我们为什么没有想过当光子在经过单缝或双缝的缝边缘时？我们试着把缝的边缘不断放大，放大到能与光子或电子的波长尺寸差不多的情况下，缝的边缘会是怎样的一种情况？当光子或电子经过缝边缘的时候？它们又会发生那些神奇的现象和效果？只有想不到，没有做不到!

所以，经过大量的实验分析和思考，我发现了光的新的传播规律：障碍物边缘的（正面反射）和（背面反射）。

对于障碍物边缘（如图3）的（正面反射）和（背面反射）看起来很简单，但为什么过去那么多年，却一直没有人能够发现它呢？你是相信真理？还是相信权威？是你不够聪明？还是你的思想被限制了？或许从一开始我们的某些认识和理论本身就有问题？但我们却没有人能够发现并纠正修改过来从而导致我们被误导了？就像我们上错了车一样，被带到了错误和不是心中所向往的地方。

图5

为什么会这样：我们首先对单缝衍射和双缝干涉中的（缝）给理解错了（如图3）。我们之前只是知道光子或电子的波长与单缝或双缝的缝宽的关系。但最重要的一点却被大家给忽略了，那就是我们都知道我们做实验时所用的单缝或双缝的缝的边缘实际上是比光子或电子的波长是大很多的，但是却没有人能联想到光子或电子在经过缝的边缘时，我们试着把缝的边缘不断放大，放大到能与光子或电子的波长差不多时，缝的边缘会是怎样的？光子或电子在经过缝的边缘时又会发生什么神奇的现象和效果？

所以经过大量的实验和思考我最终得出了光的新的传播规律：障碍物边缘的（正面反射）和（背面反射）。

那什么是障碍物边缘的（正面反射）和（背面反射）呢？这首先我们就要把缝或障碍物的边缘（如图5）放大到能与光或电子的波长差不多的情况来研究实际问题。我们都知道世上没有绝对平整的物体，即使你把看起来很平整的平面放大到原子大小的尺寸，它看起来也是不平整的，是凹凸不平的。

同样的道理，我们平时做实验中所用的单缝或双缝的缝边缘也不是绝对平整的，有最高点和最低点，它们之间是有过渡区的。为了方便实验的理论研究，我们可以理想化把缝或障碍物的边缘当成（如图5）所示。

同样的，我们接下来分析我们是如何被权威给误导的？我们聪明的大脑和思想又是如何被权威给成功的限制和影响的？

为什么量子力学会提出不确定性原理？认为一切微观粒子主要是光子和电子在传播过程中没有确定的运行轨道？它们出现在那只是一种概率波？

主要原因就是量子力学不能解释光子和电子的单缝衍射和双缝的干涉实验，特别是充满神奇色彩和无法理解的单光子和单电子的双缝干涉实验。因为我们的前辈不知所以然，所以量子力学只能用充满神奇色彩的理论来解释。

还提出了微观粒子比如光子和电子在传播过程中没有确定的运行轨道，只要你不观察，它们可以同时存在任何地方，是一种概率波。只要你一观测它，它就波函数坍缩，因此就有了确定的状态。这听起来很合理吧？因为他们是权威？只要我不看，不观察它。它充满各种可能。就像我不看月亮时，也可以当它不存在。

宏观世界和微观世界就在我们眼前，如果因为我们的能力和认知的问题和不足就否决了它们的自身规律和真实状态。那我们是不是就有点像掩耳盗铃和自欺欺人。

为什么我会提出微观粒子比如光子和电子在传播过程中是有固定的运行轨道的。但是每一个光子或电子的出发点不同，是一种概率分布，从光源的不同原子中的那个空间位置辐射出光子的可能性都有。

我们都知道激光的特点：单色性好、方向性好、相干性好、亮度高。其中相干性好就是说激光的振动、频率、相位都高度一致。

所以激光中大量的光子在传播过程中就像我们阅兵场上的士兵走路一样整齐统一，步伐一致。如果每一个光子都没有固定的运行轨道，就像量子力学中所说光子出现在那都有可能，没有确定的轨迹。就像路上的行人一样杂乱无章。请问？如果每一个光子的运行轨道都不是确定的？激光的振动、频率、相位都还能高度一致吗？那激光还是激光吗？那激光和普通光源又有什么区别？

我们都知道：产生干涉的一个必要条件是,两列波（源）的频率以及振动方向必须相同并且有固定的相位差。

如果经过双缝的两束光它们的每一个光子都没有确定的运行轨迹？请问每一个光子之间它们的振动方向会相同吗？如果振动方向都不能相同那又那来的相位差恒定？所以量子力学对于光的解释都与要产生光的双缝干涉的必要条件产生矛盾冲突，所以你觉不觉得那么多年过去了，为什么光的衍射和双缝干涉实验都没能得到正确和客观的解释？是不是因为我们的认知出现了错误？从而导致我们没有任何突破和成就？

所以如果我们只会记住书上的理论知识而不会去思考对与错、真与假、是与非那么就会导致我们聪明反被聪明误啊!

所以，只有我们在确认每个光子的运行轨道是确定并固定的情况下。我们才能真正的去理解和解释激光的相干性：振动、频率、相位为什么会高度一致。如果不一致？那么每个光子的频率及振动方向就会不同，那么就会导致每个光子间的相位差不确定。请问还能有光或电子的双缝干涉条纹的产生吗？

说了那么多，主要是想跟大家分享一下我是怎样去思考和解决这些问题思路的。如果我只告诉你答案，文章就会变的很简短，那就代表我是非常自私和不负责任的。因为只有我跟大家分享我的故事及思考和分析问题的过程，我们是怎样被误导和思想是如何被限制的，我们该怎样去突破和战胜困难？让你将来在解决相似问题和难关的时候可以有个样本去参照和借鉴，希望你能从中有所启发并有所思考。从而达到一个事半功倍的效果。

这就像你有一个苹果，我有一个苹果，我们互换的结果也只是每人只有一个苹果。

但是如果你有一个思想，我又有一个思想，那么我们互换的结果就是每人都有两个思想。或许我们还能碰撞出不一样的火花从而点亮未来。希望你能理解和领悟我的心意!谢谢!

下面我们就进入主题跟大家解释什么是障碍物边缘的（正面反射）和（背面反射）。

我们都知道光是沿直线传播的。在镜面反射中反射角等于入射角。但光也具有波粒二象性，波动性主要代表就是光会发生衍射和双缝干涉。

所以我们必须抛弃旧的思想和观念!打破常规!向通往真理的大门勇往直前!敢于挑战权威!向一切困难和险阻说：不。我们不怕，我们不服输!事在人为!我们一定有办法和能力去到达我们心中所向往的世界和未来!

所以我们首先要把缝或障碍物的边缘（如图5）放大到能与光的波长差不多的情况下来处理和分析光的新的传播规律：也就是障碍物边缘的（正面反射）和（背面反射）。

从图中我们可以看出。只有当我们把缝或障碍物的边缘放大到能与光或电子的波长差不多的情况下，我们才能真正的去理解和分析并领悟到光的神秘和真正面目。虽然它比几何光学要复杂的多。但它们的传播规律是一样的，一样符合反射规律：反射角等于入射角。

根据光的波粒二象性和每个光子的运行轨道是固定的，但是由于每个光子从光源中出发的空间和位置的不同及不确定性。所以导致每个光子在空间中充满各种概率分布。

所以当大量的光子从激光器中射出经过障碍物边缘时，其中有一部分光子绕射并撞击到障碍物边缘的正面的不同位置从而被反射到垂直于障碍物边缘的上方形成一条亮线（如图1）。这也就是障碍物边缘的（正面反射），其中反射角等于入射角。

有一部分光子绕过障碍物边缘继续向前直线传播（如图6）这就是所谓的（绕射）。

图6

有一部分光子绕射并撞击到障碍物边缘的背面的不同位置，从而被反射到障碍物边缘的下方（即阴影区）从而形成一条离开直线路径绕到障碍物阴影里去的光线（如图2）。这也就是障碍物边缘的（背面反射），其中反射角等于入射角。

光的衍射：光波遇到障碍物以后会或多或少地偏离几何光学中直线传播定律的现象。包括：单缝衍射（如图8）、圆孔衍射（如图7）、圆板衍射及泊松亮斑。

图7

图8

光在传播过程中，遇到障碍物（如图5）或小孔（窄缝）时，它有离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象。这种现象叫光的衍射。衍射时产生的明暗条纹或光环，叫衍射图样。

当我用一束激光射向一片薄刀片的边缘时发现在垂直于刀片边缘的上方和下方（即阴影区）各出现一条亮线，其中中间区域最亮（如图9）。

所以当大量的光子从激光器中射出经过刀片边缘时，其中有一部分光子绕射并撞击到刀片边缘正面的不同位置从而反射到垂直于刀片边缘的上方形成一条亮线（如图1）（正面反射）。

同时有一部分光子绕过刀片边缘继续向前直线传播（如图6）（绕射）。

有一部分光子绕射并撞击到刀片边缘的背面不同位置从而被反射到刀片的下方（即阴影区）从而形成一条离开直线路径绕到障碍物阴影里去的光线。（如图2）（背面反射）。

当我用一束激光射向用两片刀片形成的一个小狭缝（如图8）和一条头发丝（如图10）时如图所示。

图9

图10

那接下来我们就用障碍物边缘的（正面反射）和（背面反射）。及每个光子都是有固定的运行轨道的，只是每个光子的出发点不同而已，所以导致每个光子在空间中充满各种概率分布。

运用以上的新理论我们就可以很好的去解释和理解及重新认识光和电子的单缝衍射和双缝的干涉实验，特别是充满神奇色彩和无法理解的单光子和单电子的双缝干涉实验。

所以对于光的双缝干涉实验（如图11）的解释也是一样的。大量出发点不同的光子可以在双缝的任意一条缝的边缘上发生（正面反射）（如图1）和（背面反射）（如图2），从而形成偏离直线传播的光，通过波的叠加就形成干涉条纹。也就是每个缝先发生衍射，然后双缝再发生干涉。从而形成光的双缝干涉条纹。

图11

那为什么当每次只有单个光子或单个电子经过双缝时经过时间的积累还能形成干涉条纹呢（如图11）？其实这并不是像量子力学中解释单个光子或单个电子同时经过双缝从而自己跟自己进行干涉那样。这种解释是错误的。那又是为什么呢？

我们现在都知道了每个独立的光子都有自己固定的运行轨道，但它们每一个光子的出发点都是不确定也是不同的。因此即使每次只有一个光子通过双缝，它都有可能在双缝的任何一条缝的边缘上发生（正面反射）（如图1）或是（背面反射）（如图2），从而被反射到双缝的背面和阴影区的不同位置。

因为双缝的形状大小距离是确定的，但是每个光子的出发点不同，所以不同出发点的光子经过双缝时都会被（正面反射）（如图1）或（背面反射）（如图2）到双缝后的任何位置任何点，即量子力学中所谓的概率波。

因此就是说，每个单独经过双缝的光子都有可能被（正面反射）或（背面反射）到双缝的后面和阴影区的不同位置。即使每次只有一个光子通过，但它们却被反射并分布到接收屏或感光胶片的不同位置或任何点。所以经过时间的积累和波的叠加，干涉条纹还是出现了。

在这里，我要特别提出的一点就是，我们都知道产生干涉的一个必要条件是,两列波（源）的频率以及振动方向必须相同并且有固定的相位差。因此对于单光子和单电子的双缝干涉实验。很多人都误以为产生双缝干涉必须至少要有两列波（源）或两个光子以上同时经过双缝才能发生干涉。你一个光子怎能发生干涉，所以量子力学就认定是一个光子同时经过了双缝，自己和自己发生了干涉。否则你怎样解释？这看起来是对的。但却不能真正解决问题。所以我们必须放弃这个错误的观点。

我前面曾经说过：既使同时有两个或多个光子或电子同时经过双缝，因为由于存在（正面反射）和（背面反射）的原因。在同一时间内同时经过双缝的两个或多个的光子或电子未必就能相遇在一起从而形成干涉。为什么会这样？这不是和我们的常识发生冲突吗？要发生干涉不是必须至少要有两个或多个波源相遇后才能产生干涉条纹吗？

你是相信真理？还是相信权威？

所以说这才是我的新理论的神奇之处。首先每个光子的运行轨道是固定的，但每一个光子的出发点却不同，所以导致每个光子在空间中充满各种概率分布。当它们经过双缝时，不同起点的光子就会被双缝的任意一条缝的边缘产生（正面反射）和（背面反射）到双缝后面的接收屏或感光胶片的不同位置或任何点。

这种解释也是和单光子和单电子的双缝干涉实验符合的很好的。刚开始屏幕上出现零散的点，毫无规律可言。但随着时间的积累，光子越来越多，（正面反射）和（背面反射）就会把每一个运行轨道固定但出发点不确定的光子反射到它该去的地方。所以说既使同时有两个或多个光子或电子同时经过双缝，因为由于存在（正面反射）和（背面反射）的原因。在同一时间内同时经过双缝的两个或多个的光子或电子未必就能相遇在一起从而形成干涉。

所以说是（正面反射）和（背面反射）把空间中充满各种概率分布的光子分配到了它们该反射去的地方。因此每个光子就有了确定的状态，这就能很好的解释量子力学中的（波函数坍缩）的成因了。因此即使每次只有一个光子或电子经过双缝。经过时间的积累和波的叠加。神奇的干涉条纹还是出现了。

所以。因为光和电子及一切微观粒子都具有波粒二象性，所以我们可以确定的是它们的运行轨道都是确定的，只是出发点不同而已，即量子力学中所谓的概率波。因此电子和所有微观粒子的衍射和双缝干涉实验的原理的解释现象都是和光的衍射和双缝干涉实验的原理和机制是一样的。你觉得呢？

我们很多人都有一种认识误区。那就是书上写的就一定是对的。专家和权威都做不了的事情我们也没有能力去做好和做成，这也是我身边的人对我常说的一句话。而我只想说：只有他们做不出的也做不了的事情，那才是我们的机会，那才是我们施展才华，实现理想和创造奇迹并发现新大陆的机会!

但我们都知道，创新的定义就是违规。因为科学的很多发现都是和我们的常识是相违背的。就像我们的地球是圆的还是方的？地球或太阳谁是宇宙的中心？牛顿力学和相对论及量子力学谁又是我们心中的宇宙的终极理论？纵观人类发展史，我们都知道我们的前人的那些常识和认知曾被一次次无情的推翻和重建，直到目前为止都还没有完美和确定的统一的终极理论。只可惜的是我们很多人都知道要创新要持有敢怀疑权威的态度。但谁又能真正做的到？谁又能真正突破固有思维的限制从而发现新大陆？

所以我并不是说我的理论就一定是正确的。你也可以去质疑和反对。如果你能得出新的理论超越和推翻了我的理论。那真的证明我的能力有限，我是错的，你又创造了奇迹。如果我的发现和失败及错误能成为你通往成功的阶梯。那我真心的恭喜您!祝福你能打开一扇扇通往真理和幸福的大门。从而引领我们人类走向更高更远更美好的未来!谢谢!