摘 要：基于“经典电磁场按光子对应分解”而揭示了与爱因斯坦、德布罗意分别于1905、1923年揭示的“光的波粒二象性”、“实物粒子的波粒二象性”相并列的“第三种波粒二象性”并把这“三种波粒二象性”和谐地统一起来，进而揭示了微观客体的“π型三重波粒二象性”;接着，通过对“π型三重波粒二象性”的数学抽象而得到了“波粒二象关系式”，给出了“波”与“粒子”关系的数学表达并介绍了反导武器“巨光子炮”的工作原理;最后，还对“三种波粒二象性”的和谐统一理论进行了初步验证与展望。
关键词：自动化与仪器仪表杂志,第三种波粒二象性,三种波粒二象性的统一,π型三重波粒二象性,波粒二象关系式,巨光子炮,物理学第六次大综合
一、引言
“波粒二象性”是量子物理、现代光学与粒子物理中的核心问题，也是破解“光的本性”、“粒子与场的关系”、“物质世界的最基本结构单元”的关键所在。前苏联科学家瑞德尼克在《量子力学史话》中曾一针见血地指出：“今天，决定微观世界统一体的最深刻本质的全部问题，就是物理学所面临的尚未征服的山峰中的最高峰：物质的两种基本形式――实物(粒子)和场(波)――之间的相互关系。”谁要是破解了实物(粒子)和场(波)的关系，那么，他就登上了物理学的珠穆朗玛峰。本文基于狄拉克“经典电磁场按模式分解”的自然推广――“经典电磁场按光子对应分解”(因为每一个模式又可以包含多个光子)而展开讨论，通过一系列逻辑分析与数学抽象而得到了一些新的结论。
二、“第三种波粒二象性”的揭示
“第一种波粒二象性(光的波粒二象性)”(如图1)由爱因斯坦1905年揭示、1916年由密立根验证，分别获1921、1923年度诺贝尔物理学奖。“第二种波粒二象性(电子的波粒二象性)”由德布罗意1923年揭示、1927年由戴维逊和小汤姆逊验证，分别获1929、1937年度诺贝尔物理学奖。
1994年，中国学者把狄拉克1927年所作“经典电磁场按模式分解”进一步推进到“经典电磁场按光子对应分解”，凝练出了“电磁基波”的概念，提出了“波粒二象性的相变假说”，在经典电磁场与量子电磁场之间建立起了一种基本单元(“电磁基波”与“光子”)的对应关系(每一份“电磁基波”的能量、动量、角动量都能与一个同频光子的能量、动量、角
动量分别对应相等)，揭示了与前两种波粒二象性相并列的“第三种波粒二象性”――经典(电磁)场在结构上的粒子性。
三、“三种波粒二象性”的和谐统一
虽然“第三种波粒二象性”、“第三种中微子振荡”、“第三种量子霍尔效应”的揭示令世人瞩目，但“三种波粒二象性”、“三种中微子振荡”、“三种量子霍尔效应”如何统一(揭示其背后的深刻本质)却更令人神往。
爱因斯坦整整五十年的自觉思考都没能解决“电磁波”与“光量子”之间的关系问题，德布罗意一辈子也未能解决“实物粒子”与“物质波”之间的关系问题。也就是说，尽管“光的波粒二象性”与“实物粒子的波粒二象性”被揭示出来并颁发了四次诺贝尔物理学奖，但“波粒二象性之谜”却并没有完全揭开。
今天，由于“第三种波粒二象性”的揭示，我们才能理顺“三种波粒二象性之间的π型结构关系”，破解“波粒二象性之谜”，把“三种波粒二象性”完美而又和谐地统一起来 (如上图)。
原来，只有第一种波粒二象性才是本质上的波粒二象性(真实的波与真实的粒子在存在的时间上相互错开，满足一定条件时还可以相互转化);而第二种波粒二象性(真实的粒子在运动上具有“德布罗意波动性”)、第三种波粒二象性(真实的波“在结构上具有粒子性”)都是现象上的波粒二象性，它们的“波”与“粒子”同时存在但一虚一实、不能相互转化。这就是微观客体的“π型三重波粒二象性”。
四、“π型三重波粒二象性”的数学抽象：“波粒二象关系式”与“巨光子炮”
根据“波粒二象性的相变假说”，尤其是更为具体的“π型三重波粒二象性”理论，我们不难想象：由于在经典电磁场(电磁基波的叠加)与量子电磁场(光子气)之间建立起了一种基本单元(“电磁基波”与“光子”)的对应关系，所以，在一定条件下经典电磁场与量子电磁场之间可以发生相互转化(相变)，而其本质就是“电磁基波”与“光子”之间的相互转化(真空中基态的量子电磁场吸收一份“电磁基波”而跃迁到激发态，再由激发态放出一个“光子”又回到基态;或者基态的量子电磁场吸收一个“光子”而跳到激发态，再由激发态发射一份“电磁基波”又跳回基态)。假若我们把量子电磁场(光子气)用粒子矩阵P表示，经典电磁场(电磁基波的叠加)用波矩阵W表示，那么，经典电磁场与量子电磁场之间的转化(相变)就可以用数学描写成为一种矩阵变换：
P = G W
其中，G为变换矩阵。再详细一点，我们还可以写出(甚至还可以写出其四维形式)如公式1：
这就是“波粒二象关系式”。它是对“波粒二象性的相变假说”与“π型三重波粒二象性”高度的数学抽象――不仅把量子力学的两大开山之作(普朗克公式与德布罗意公式)统一了起来，而且还把“物理学尚未征服的山峰中的最高峰――实物(粒子)与场(波)之间的关系”用精准的数学公式表达了出来，有如爱因斯坦的质能关系式E=Mc2揭示“质量”与“能量”的平等、线性关系一样。
另外，根据“波粒二象性的相变假说”与“π型三重波粒二象性”理论，我们有望把一份巨大的“弥散能量(波)”通过某种途径集中起来而转化成为一个高速(甚至接近光速)飞行的“巨粒子炮”，例如，可以把现在的激光武器改造成为“巨光子炮”――以光速飞行的“一颗巨大的光子”(根据“三种波粒二象性”的内在关系，我们把“激光谐振腔内输出的受激辐射”不是展现成为数额巨大的多“光子”，而是设法转化成唯一的一颗以光速飞行的“巨光子”炮弹――它在空中飞行几乎没有衰减，用来拦截核导弹简直就是瓮中捉鳖)。 相信“巨光子炮”这种超级武器一定会引起军方乃至世界和平组织的极大兴趣。因为核武器毁灭人类，而“巨光子炮”却可以拯救人类。 五、“三种波粒二象性”和谐统一理论的初步检验
鉴于爱因斯坦广义相对论的三大预言(水星近日点进动、光线的引力偏折、光谱线的引力红移)被验证就奠定了它在科学界的坚实基础，我们也基于“三种波粒二象性”的和谐统一理论而做出了三个颇具颠覆性(在现代物理学的框架内几乎就是不可能)的预言(推论)。如果这三个几乎是不可能的事件都能够得到证实，那么就只能说明“三种波粒二象性”的和谐统一理论具有无比强大的生命力，是攻不破、打不垮的理论。
事实上，这三个颇具颠覆性的推论经过几番腥风血雨、学术论战，已经有两个半得到了证实：
①根据经典理论而不需要任何量子假设就可以直接导出“普朗克的黑体辐射公式”(已为英国曼彻斯特大学的马歇尔所证实);
②根据经典理论而不需要任何量子假设就可以直接导出“光能量的量子化”(已为中山大学的佘卫龙所证实);
③“波”与“粒子”完全平等，“光的量子理论”与“光的经典电磁理论”是两个独立、平行的理论，光的量子理论不能包含光的经典电磁理论(已被甘永超证明了一半，还剩下另一半，需要实验判决)。
为了弥补上面三个推论只证实了两个半的遗憾，我们又借助科学史上伽利略推翻亚里士多德“物体越重下落速度越快”所使用的归谬法(它比伽利略的比萨斜塔实验更为有力)，从逻辑上进一步证明了第三个推论(如果“光的量子理论能够包含光的经典电磁理论”，那么，我们就可以完全抛弃光的经典电磁理论，这势必导致“光量子”一统天下而“电磁波”突然消失，可是，“电磁波”作为一种具有质量、能量、动量而真实存在的物质，是不可能凭空消失的。所以，“光的量子理论不能包含光的经典电磁理论”)。而这种逻辑推理的力量又十分有力，以至于“进行实验判决都成为多余”!
另外，对于光电效应实验中传统物理学都极力回避的难题(当一个光子的能量低于红限而两个光子的能量高于红限时，能否产生光电效应)，“三种波粒二象性”的和谐统一理论却能够给出圆满的解释。第一个光子打到电子上，显示粒子性，被电子吸收，使电子跃迁到高能态;第二个光子紧接着打过来，如果它还显示粒子性，就可能使高能态的电子吸收该光子而逃逸，发生光电效应，可事实上并非如此。而新理论的解释却是：如果第二个光子紧接着打过来，由于电子已经跃迁到了高能态，与之发生相互作用的第二个光子就不再显示粒子性，而是显示波动性，应该用电磁波理论来处理，所以，不会发生光电效应。
如果再计及“π型三重波粒二象性”抽象成为一个数学上的矩阵等式――波粒二象关系式，而该矩阵等式却居然能够把量子力学的两大开山之作(普朗克公式和德布罗意公式)统一起来――这完全可以理解为对“π型三重波粒二象性”与物理学理论和实验自洽性的第5.5次验证。想当年，爱因斯坦的广义相对论也只有“水星近日点进动”、“光线的引力偏折”2个预言被验证(“光谱线的引力红移”一直等到1959年才被美国的庞德和雷布卡利用穆斯堡尔效应加以验证)就奠定了它在科学界的坚实基础并轰动世界，而甘永超的“π型三重波粒二象性”却已经经历了5.5次验证为什么就不能轰动世界!
六、结果与讨论
我们知道，“经典电磁场按光子对应分解”是狄拉克1927年所作“经典电磁场按模式分解”的自然推广，而在“经典电磁场按光子对应分解”基础上建立起来的“三种波粒二象性”的和谐统一理论――“π型三重波粒二象性”又经过了上述5.5次验证，特别是前面那2.5次颠覆性验证是足够有力的。如果与广义相对论的验证相对比，我们应该更加有信心，把“π型三重波粒二象性”理论进一步推向高潮。
其实，“经典电磁场按光子对应分解”――每一个“电磁基波”的能量、动量、角动量都能与一个同频“光子”的能量、动量、角动量分别对应相等，就让我们找到了破解“粒子自旋”之谜的钥匙。根据“π型三重波粒二象性”理论，粒子的自旋不过是从它的娘胎里带出来的，是粒子的一种内禀特性，例如，当一份“电磁基波”转化为一个“光子”时，转化前“电磁基波”的能量、动量、角动量都由转化后的那个“光子”所承载，也就是说，光子的自旋角动量来源于转化前的那份“电磁基波”的角动量。其实，这个谜底非常简单。
随着“光子自旋”这类艰深物理问题的解决，现代物理学前沿的四大疑难“波粒二象性之谜”、“光的本性之谜”、“粒子与场的关系之谜”、“物质世界的最基本结构单元之谜”也会在“π型三重波粒二象性”的框架下得到解决，我们将会顺利进入“后粒子物理学时代”，迎来“物理学的第六次大综合”――实现“实物(粒子)与场(波)的统一”，建立起“波与粒子的统一物理学”并证实“物质世界的最基本结构单元――‘太极粒子波’”的存在。
回首亚里士多德2300多年以前的《物理学》至今，我们不妨大胆猜想一下物理学究竟有哪几大核心公式。它们应该是主宰物理运动中某一个大类运动的基本定律或公式(例如①主宰机械运动的牛顿第二定律，②主宰电、磁、光运动的麦克斯韦方程，③主宰微观粒子运动的薛定谔方程)，或者是揭示最基本、最重要的物理关系与实质的公式，例如④爱因斯坦质能关系式与甘永超揭示的⑤波粒二象关系式――前者揭示了质量、能量、时间、空间与运动之间的关系，它是物理学中最基本的关系――物理学就是研究物质(质量、能量)在时间、空间中的运动，而后者则是物理学中最重要的关系，因为实物(粒子)与场(波)之间的关系至高无上――被(瑞德尼克)称之为“物理学所面临的尚未征服的山峰中的最高峰”，也是爱因斯坦一辈子苦苦求索的对象。
作为一种印证，当您在电脑中输入“世界上最伟大的十大公式”并进行搜索时，大多数时，上述“物理学的五大核心公式”都能全部入选，只要把“波粒二象关系式”作为德布罗意方程组(普朗克公式与德布罗意公式之组合)的升级版就行。
我们殷切期望：由中国学者创立的“波粒二象关系式”能够跻身“物理学的五大核心公式”与“世界上最伟大的十大公式”，为人类的文明和进步做出不朽的贡献。我们也期望“巨光子炮”能够早日问世，为维护世界和平、全面销毁核武器做出贡献。 参考文献
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