光传播过程中的三个基本定律（假说）

戴榕菁

1. 三个基本定律（假说）

所谓物理定律就是人们将一些普遍观察到的现象归纳出的确定性的规律，其中有一些可以在一定程度上得到解释（如玻尔兹曼对熵增的解释），但大多数都只是对现象的归纳而不予解释，所以我们也可以称之为假说。

关于光的传播，我们已知有几何光学和物理光学的各种定律，如光的直线传播定律、光的独立传播定律、光的反射、折射定律、光路可逆、费马原理，麦克斯韦方程和光速公式等。

但实际上，在光的传播过程中更为基本的是三个与能量有关的定律，其中一个为大家所熟悉，而另两个很少有人将它们列为定律却对于理解光传播的微观原理非常重要。

1.1. 真空中光速定律（假说）

这三个基本定律或假说的第一个是大家所熟悉的麦克斯韦光速定律，即真空中的光速不变。但是，尽管麦克斯韦的光速定律是建立在看似完整的麦克斯韦方程的基础之上的，在哲学上它的表述是不严格的，这也就是导致它沦为狭义相对论的第二个假说（即所谓的真空中的光速对任何观察者不变的假说）之原因。

在2022年推翻狭义相对论的过程中，本博已将麦克斯韦速度律以哲学上更为严格的方式表述为修正后的真空中的光速假说（revised postulate of speed of light in vacuum）【[1]】，明确指出所谓光速不变指的是对惯性光源的速度不变。

1.2. 透明介质中的频率律（假说）

这个定律说的是在透明介质中单色光的频率不变，对于可见光来说，这就意味着单色光的颜色不变。

1.3. 介质表面反射的频率律（假说）

单色光在介质表面发生反射时频率不变，对于可见光来说，这就意味着单色光的颜色不变。

2. 讨论

之所以会将这三个定律作为光传播过程中的最基本的定律提出来是因为最近发现有关光的传播理论在很大程度上仍是一笔糊涂账，而其原因与对上述三个基本定律缺乏明确而完整的认识有关。

比如，有人试图用H. Fizeau在1851年所做的著名的光在水中的传播的实验【[2]】中没有出现红移现象来否定光的传播中存在多普勒效应。很显然，他忽略了光在水中传播与在空气中传播的基本区别为前者是频率不变而后者是光速不变，因此多普勒效应只发生在后者而不会出现在前者。

再比如，目前关于光在介质中的折射和在介质表面的反射原理的解释在很大程度上可以说是随心所欲。现有的关于光在介质中的折射和在表面的反射原理基本都是用所谓的“先吸收再辐射”（absorption/re-emission） 模型。而这种模型又有着经典版和所谓的量子版两种。。。。所不同的主要是经典版说得通而量子版说不通的时候就用经典版，经典说的没有量子版带劲的时候就用量子版，两种都不够力时就上演20世纪物理学的拿手好戏----文学性想象。

比如，量子版在解释光在介质中的折射时声称光子先被原子内的电子或自由电子吸收从而跳跃到原子内的高能轨道或原子间的高能区，然后那些电子再由于高能的不稳定而释放出新的光子，这新的光子在介质中继续前行。。。。这种看似唬人的解释其实是一塌糊涂。

首先，这种模型无法确定性地解释为什么新释放出的光子要沿着被吸收的光子原来的方向走。于是文学性想象便开始登场，号称不同的波之间相互叠加决定了方向。。。。当然，单纯的文学性想象是不够的，这里还引入了经典的波动叠加说，所以是用文学的粘合剂将量子版与经典版进行组合。

其次，更严重地，当人们用量子版进行解释时，完全忽略了那个需要依靠不连续的能级跳跃的量子版完全无法解释任意连续性的光谱可以通过透明介质这一点。

类似地，当他们用量子版来解释光在介质表面的反射时，他们既无法完全用光子的吸收与释放来确定性给出反射角的计算因而需要借用经典的波动理论通过想象来声称不同的波之间的叠加决定了反射角，更是完全忽略了他们的不连续的量子吸收与辐射无法解释任意的连续光谱都能在介质表面进行反射这一点。

当我在讨论中指出他们的不连续的量子版无法解释连续光谱的折射与反射时，他们就拿出了经典版说：光达到介质上时光波引发原子或原子内的电子或自由电子的振荡，而这些振荡产生诱发光波，诱发光波与原入射光波叠加产生新的光波继续前行。

但问题是，他们的这种诱发叠加说存在着几个或许更为严重的问题：

a）如果被诱发出的光与原光的频率一样且叠加后的光的频率也不变，那么按照爱因斯坦-普朗克的光能公式来算，他们等于说入射光在介质中凭空提取出额外的能量----严重违背能量守恒；

b）所谓的光子理论有一个先天的缺陷，那就是没人知道光子到底有多大。。。。一般地，人们假设光子的尺寸与光的波长相当----这就出问题了。。。。以可见光为例，其波长是一般透明介质的原子的尺寸的10亿倍，也就是说单一光子打到介质中时都要同时和十来亿个原子相碰撞，到底哪些原子与它的碰撞产生出诱发光波？

c）类似地，那个“先吸收再辐射”（absorption/re-emission） 模型，不论是量子版的还是经典版的，都需要假设光子在所谓的“原子间的空间”中运行时是按真空中的光速前行，只有当与原子或电子相互作用（被吸收再辐射）时才停一下，所以光在介质中的减速完全是由光与原子或电子相互作用时停一下造成的。。。。。。问题是：那些同时与一个光子发生作用的十来亿个原子中到底那些使得原光波停了一下？其中的5亿个原子的作用是否会影响另外5亿万个原子与光子的相互作用？

。。。。。

上面提到的物理学专家们在关于光的折射与反射问题上表现出的随心所欲凸显出本文前面提出的第二条和第三条基本定律的重要性了。假如那些物理光学专家们在用他们的量子版解释折射与反射原理时明确地知道并记住了上面的二，三两条定律的话，就马上会意识到除非他们不承认爱因斯坦-普朗克的光能公式，否则他们的不连续量子模型就无法解释连续光谱的反射与折射。。。。再假如那些物理光学专家们在用他们的经典版解释折射与反射原理时明确地知道并记住了上面的二，三两条定律而且知道与单一波长相互作用的原子有十来亿个的话，应该马上知道由于实际的波与粒子的共振与他们想象中模型会相差很远，如何能让十来亿个振子同步地产生相同的电磁波不是一件他们在文学领域之外可以解决的任务。

3. 结束语

光是自然界最基本的物理元素也是最难理解的物理元素。尽管现有的物理学关于光的定律可能已经超出了所有其它领域的定律，人们对于光的认识还是非常地粗浅，而未来任何关于光的物理规律的突破都可能产生所谓的新物理学。但是，在取得对于光的物理特性之认识的突破之前，我们有必要先将已有的认识理理清楚。

本文列出的光传播过程中的三个基本定律虽然并不能帮助人们更好地解释光的传播原理，却可以帮助人们避免做出随心所欲的错误解释。

[[1]] Dai, R. (2026). Metaphysical Symphony, Book One, The Cracking Scientific Foundation. Amazon. Paperback ISBN: 979-8249046958, ASIN: B0GPPD2ZHM. eBook ASIN: B0GQX9G6TV.

[[2]]Wikipedia. Fizeau experiment. Retrieved from https://en.wikipedia.org/wiki/Fizeau_experiment#:~:text=The%20Fizeau%20experiment%20was%20carried,upon%20the%20speed%20of%20light. Last edited on 22 July 2025, at 02:58 (UTC).