粒子观点对传统波动说的挑战与思考（一）

第一节 粒子说与波动说争论的焦点及各自的不足

近代以来，物理学取得了丰硕的成果：16世纪天文学家哥白尼的“日心说”取代了“地心说”，17世纪牛顿提出三大运动定律和万有引力定律，奠定了经典力学理论的基础。18世纪发现了点电荷并建立了库仑定律，19世纪X射线、放射线和电子的发现，使物理学的研究由宏观进入到微观，也标志着现代物理学的产生。20世纪初爱因斯坦提出相对论，德布罗意提出了物质波假说，之后薛定谔等人提出了量子力学，“黑洞”“宇宙大爆炸”假说的提出彻底改变了人们的时空观念。相比于之前物理学取得的巨大成就，近几十年来物理学却显得有些沉寂。实际上阻碍当今物理学发展的并不是实验设备和观测手段的滞后，而是认识方法和思想观念的束缚，双缝干涉实验打开了潘多拉魔盒，延迟选择实验引发了人类对因果律的质疑，“虫洞”“平行宇宙”等一系列奇思妙想使物理学发展逐渐偏离了正确的研究方向。原始返终，当代物理学发展的主要瓶颈就是对微观粒子“波动性”的错误认识，而正确认识微观粒子的粒子本质就是彻底解决上述矛上述瓶颈唯一正确有效且明智的选择。人们对微观粒子的研究最早是从光子开始的，物理学发展史上对光本质的认识过程可谓是一波三折，关于光的本质问题物理学家提出了微粒说和波动说两种主流观点，我们将循着历史的轨迹分析对光的认识过程，并对光的本质进行深入探讨。

微粒说首占上风。17世纪初以牛顿为首的科学家认为光的本质是粒子，光是由一颗颗像小弹丸一样的微粒组成的粒子流，发光物体接连不断地向周围空间发射高速直线飞行的光粒子流，一旦这些光粒子进入我们的眼睛冲击视网膜，就引起了视觉。微粒说可以很好地解释光的直线传播、反射和折射现象，又能解释常见的一些光学现象，加之牛顿在物理学领域的巨大威信，所以光的微粒说很快获得了人们的普遍承认和支持。牛顿指出，在光子进入介质时将受到介质引力作用，因此光在介质中的传播速度大于光在真空中的传播速度。1850年傅科用实验证明光在介质中的传播速度小于真空中的传播速度，对光的微粒说提出了挑战。这也是光的微粒说难以解释的第一个问题：为什么光进入介质会减速而离开介质又会突然增大速度，并且这一过程可以反复重复，是什么原因使光的速度反反复复发生变化的呢？

波动说取得初步胜利。惠更斯坚持认为光是一种机械波，由发光物体振动引起，依靠一种特殊的叫做“以太”的弹性媒质来传播。1801年，英国著名物理学家托马斯·杨进行了著名的杨氏双缝干涉实验，并在此基础上提出了光的波动说。1808年，拉普拉斯用微粒说分析了光的双折射线现象，批驳了杨氏的波动说。1809年，马吕斯在试验中发现了光的偏振现象，他发现光在折射时是部分偏振的，因为惠更斯曾提出过光是一种纵波，而纵波不可能发生这样的偏振，这一发现成为反对波动说的有利证据。1811年，布吕斯特在研究光的偏振现象时发现了光的偏振定律。光的偏振现象和偏振定律的发现，使当时的波动说一度陷入了困境，物理光学的研究开始朝着向有利于微粒说的方向发展。1819年，非涅耳和阿拉戈建立了光波的横向传播理论。由于惠更斯认为光在水中的速度小于在空气中的速度，这与牛顿的观点正好相反。1850年，法国科学家傅科采用旋转镜法分别测量了光在空气和在水中的速度，证实光在介质中的传播速度小于真空中的传播速度，为光的波动说再下一城。1882年，德国天文学家夫琅和费首次用光栅研究了光的衍射现象。之后，施维尔德根据光的横波理论对光栅衍射现象进行了成功的解释。至此，光的波动学说普遍获得了承认。光的波动说取得了胜利说明光的微粒说在解释干涉衍射现象时遇到了难以解释的问题，所以光的微粒说难以解释的第二个问题就是：如何正确解释光在干涉衍射现象中形成的明暗相间的条纹。

微粒说再次胜利反转。1887年，英国物理学家麦克尔逊与化学家莫雷用“以太漂流”实验否定了“以太”的存在，再次暴露了波动学说的短板。同年，赫兹在实验中发现，当光照射到金属表面上时有电子从金属表面逸出，这种现象称为光电效应。普朗克在1900年研究物体热辐射规律时发现，只有假定电磁波的发射和吸收不是连续的、而是一份一份进行的，计算的结果才能和试验结果相符。爱因斯坦随后提出了光量子假说，认为光和原子、电子等微粒一样也具有粒子性，光就是以光速C运动着的粒子流，他把这种粒子叫光量子。光电效应的发现和光量子理论的提出使光的微粒说重新占据了历史舞台。光电效应是波动说面临的第一个难题，波动理论完全无法解释光电效应，同时，波动说无法解释光在真空中的传播问题，也找不到“以太”存在的证据。

双方握手言欢--光具有波粒二象性。1921年，康普顿散射实验证明X射线具有粒子性。1927年，杰默尔和乔治·汤姆森在试验中证明了电子束具有波的性质。后来人们也相继证明了氦原子射线、氢原子和氢分子射线同样具有波的性质。1961年，克劳斯·约恩松用电子做双缝实验，发现电子也会发生干涉现象。1974年，皮尔·乔治·梅利用单个的电子做双缝干涉实验，也观测到了干涉条纹。为了兼顾光具有粒子性和波动性的事实，人们认为光既具有粒子性又具有波动性，光的本质属性是波粒二象性。至此，人们普遍认同了物质波理论，认为一切物质都同时具有波动性和粒子性，光子总是以波的形式在空间分布和传播，它总是同时通过双缝中的左缝和右缝、甚至是同时通过3缝、4缝、5缝或者多条缝，而我们一旦对其进行观测，它就会坍缩为一个点并表现为物质实体属性，这也是量子力学“测不准”原理描述的内容：同一时刻粒子的位置与动量不可能被同时确定。

物质波理论无法解释的问题。就在当代物理学把粒子性和波动性通过胶水工艺粘在一起推出所谓的波粒二象性兼容的“物质波”理论，看起来很厉害的样子，然并卵，问题并没有得到根本解决，相反电子单缝实验和延迟选择实验（量子擦除实验）直接颠覆了我们对因果律的认识，造成了更多的困扰－－未来发生的事情甚至可以改变已经发生的事实，这个推论已经把波动理论的缺陷及矛盾推向了极致，也表明波动理论已经走向了穷途末路，可悲的是人们并没有发现问题到底出在哪而是认为物质的本质就是如此，更有一些喽啰为之摇旗呐喊认为世界本来是不确定的或者是不可认知的。由此，微粒说肩负起的一个重要任务就是：正确解释电子双缝实验延迟选择实验（量子擦除实验），推动物理学研究重新走向正确的研究发展道路。

综上所述，光的波动说无法解释的问题主要有三个：一是光电效应问题，二是光在真空中的传播介质问题；三是合理解释电子双缝实验延迟选择实验（量子擦除实验）。光的粒子模型需要解释的主要问题也有三个：一是光在介质中的传播速度问题，二是光的干涉衍射现象形成的明暗相间的条纹问题，三是正确解释电子双缝实验延迟选择实验（量子擦除实验）。本章我们将主要围绕粒子模型需要解释的三个主要问题进行分析阐述。

第一节 光在介质中的传播速度及其微观解释

（一）解释光在介质中的传播速度的难点问题。1850年，法国科学家傅科采用旋转镜法测量了光在空气和在水中的速度，傅科测得光在空气中的速度为289000千米每秒。光可以从真空中射向介质，同样可以从介质中射向真空，光在真空中的传播速度为C在介质中的传播速度小于C。解释光在介质中的传播速度最大难点在于光传播速度的变化，如一束光在介质中以0.8C传播，此时光从介质中进入真空则光速度会突然增大到C，再次进入相同介质后速度又会减小到0.8C，传统微粒模型无法解释光子速度突然增大或者突然减小的原因，因为没有任何力的作用使光子突然加速或者突然减速，自然也就无法解释光子在进入介质－真空－介质过程中速度反复变化的现象。

（二）光在介质中的传播速度与真空中的传播速度相同始终是C。看到这里有人会骂标题党，我们强烈建议大家花两分钟时间看完下面的分析再喷。举一个简单的例子，在一条长度为1000公里的公路上公交车和出租车都以相同的每小时60公里的速度行驶，这条公路上每1公里设有一个车站，按照规定出租车在每站的停留时间为1分钟，公交车在每站的停留时间为5分钟（因为公交车上下车的人比较多需要的时间就长）。则公交车和出租车以相同速度走完这段公路出租车所用时间少于公交车所用时间，也就是说出租车的平均车速大于公交车的平均车速。但实际上，公交车和出租车的速度是相同的都是每小时60公里，只不过公交车在每站停留的时间较长从而使其平均车速较慢，出租车在每站停留的时间较短从而使其平均车速较快。这个简单例子看不懂的人就洗洗睡吧，不用再往下看了，再看也是浪费时间。

与之类似，光子在真空中和介质中的传播速度始终都是C，只不过光子在真空中传播时没有与原子作用，所以其平均速度始终为C；而光子在介质中传播时会不断与介质中的原子发生碰撞，光子与原子从碰撞到分离是需要一定时间的（就像公交车出租车到每站都要停留一段时间一样），考虑光子与原子的作用时间后自然就造成光子在介质中的平均传播速度小于C。这里我们提出了光子在介质中的平均传播速度这个概念，平均传播速度和光子在介质中的传播速度是两个概念，平均传播速度永远小于传播速度。光子和原子的作用时间指光子与原子从相遇到分离所需要的时间，光子在介质中的传播中会多次遇到介质中的原子（就像公路上的车站一样），光子遇到原子就会短暂停留一小段时间，之后再离开原子继续行进，光子在行进的路程上不断与原子作用(结合)--分离、传播极小距离后再与原子作用(结合)--分离，这一过程不断重复，造成光子在介质中的平均传播速度小于光子在真空中的传播速度。而实际上光子在介质中的传播速度和光子在真空中的传播速度是一样的，都是C。光子在介质中的平均传播速度主要取决于光子与原子的作用(结合)时间长短，光子与原子作用(结合)时间越长则光子在介质中的平均传播速度越小。实验表明能量不同的光子在介质中的传播速度是不同的，如紫光在介质中的传播速度小于红光在介质中的传播速度，波动理论用不同波长的光在同一介质中折射率不同来解释，但是用粒子模型解释起来更直观也更加符合实际。

（三）电子内部结构特征。如果我们像牛顿那样简单把光子看作是一个匀质的硬性小球，则无法解释光子与原子的作用及在介质中的传播问题，所以我们先来学习借鉴一下电子的内部结构。①电子的本质属性是粒子性，电子具有特定的内部结构，可以吸收光子也可以放出光子并且这一过程可以无限次重复，所以电子质量并非一成不变的而是时刻处于变化之中的。②与原子核“质量幻数”相似，电子也存在若干个不连续的结合能极大值――“质量幻数”，每个“质量幻数”对应于电子在原子中的一条稳定轨道；电子在原子中不同稳定轨道上的质量是不同的，电子离核越近质量越小、离核越远质量越大。③电子离原子核越近质量越小、内部各部分结合的越紧密、“饥饿程度”越高因而其结合光子的能力越强；电子离核越远质量越大、内部各部分结合的就越松散、“饥饿程度”越低、其结合光子的能力就越弱。④当电子与原子核在静电引力作用下沿着直线相互靠近时，电子会通过“裂变”放出光子获得反冲从而增大绕核速度，保证其不落入原子核中；电子在远离原子核时又会迅速吸收光子增加质量为下一次“裂变”做好物质储备。⑤原子中处于原子核束缚状态的电子只能吸收特定能量的光子，因为只有特定能量的光子和电子结合后才会处于“质量幻数”--其内部结合力较大足以抵御原子核静电引力撕扯作用。⑥虽然电子可以吸收光子增大质量，但是电子存在“临界质量”，大于“临界质量”的电子都是极不稳定的，并将在极短时间内裂变放出光子并重新生成能够稳定存在的质量较小的电子。

需要特别强调指出的是：从电子内部结构的观点来看，电子的质量不能无限增大，现有的实验无一例外地表明一个事实：不仅电子的质量是不能无限增大的，任何一种微观粒子都存在“临界质量”而不可能无限增大质量。我们特别强

调指出这一点的原因是：相对论认为在加速电场中的微观带电粒子速度越高质量越大，而微观粒子存在“临界质量”的事实彻底否定了这一观点，毕竟我们谁也没有见过拳头大的电子和足球大的质子，甚至也没有人见过黄豆大的电子和鸡蛋大的质子，也为我们揭示相对论的不足埋下伏笔。

如果我们用横坐标表示电子的质量，用纵坐标表示电子内部的结合力，则我们可以大致画出电子质量内部结合力草图。从图上可以看出，电子质量越小内部结合力越大同时离原子核越近、吸收光子的能力越强，电子质量越大内部结合力越小、离原子核越远、吸收光子的能力越弱，当电子吸收了质量足够大的光子后会处于“临界质量”，此时电子不能

继续吸收光子增大质量了，在外界微小扰动作用下电子又会“裂变”放出光子减小质量。电子在离原子核较近的“质量幻数”位置可以吸收一个特定能量的光子达到离原子核较远的另一个“质量幻数”，也可以在离原子核较远的“质量幻数”位置“裂变”放出一个特定能量的光子从而回到离原子核较近的另一个“质量幻数”位置。电子可以吸收光子也可以“裂变”放出光子来改变自身的运动状态，这是深刻认识电子在原子中的运动规律最重要的一点，由于电子的质量占原子质量的千分之一以下，所以通常情况下电子质量的变化对整个原子质量的影响很小，但我们也应该能够观测出来。事实上在化学变化中往往伴随着发光发热现象，物质放出了光子肯定损失了质量。有喷子指出光子没有静质量，对这个问题我们将在后面讨论。

（四）光子内部结构特征。我们认为：①光的本质是粒子，自然界中能够稳定存在的光子质量是不连续的，光子的质量只能是最小质量的整数倍。②不同质量的光子有不同的内部结合力，一般而言光子质量越小内部结合力越大，光子质量越大内部结合力越小。③光子存在“临界质量”，质量大于“临界质量”的光子在自然界中是不稳定的，会在极短时间内“裂变”生成能够稳定存在的质量较小的光子。

如果我们用横坐标表示光子的质量，用纵坐标表示光子内部结合力，则我们同样可以画出光子质量结合力草图。从图中可以看到：质量较小的光子其内部结合力较大；光子可以吸收其它物质增大质量，比如光子可以吸收若干个引力子增大质量；与电子内部结合力类似，质量极大的光子由于内部结合力较小在与其它粒子作用时会被其它粒子“掠夺”一部分质量，比如在康普顿散射实验中能量较高的X射线光子被物质散射后波长变长（能量变小，实际上是质量有损失），这个实验从一定程度上证明了大质量的光子内部结合力较弱，会被其他粒子“掠夺”一部分质量。

自然界中稳定存在光子的质量不连续的观点是有实验事实支持的，上个世纪初物理学家在研究热辐射现象时发现：任何物体只要其温度在绝对零度以上都会向周围辐射能量，同时也会从外界吸收能量。普朗克在1900年研究物体热辐射规律时发现，只有假定电磁波的发射和吸收不是连续的、而是一份一份进行的，计算的结果才能和试验结果相符。爱因斯坦随后提出了光量子假说，认为光和原子、电子等微粒一样也具有粒子性，光就是以光速C运动着的粒子流，他把这种粒子叫光量子，每个光量子的能量E=hν。黑体辐射现象和光量子假说无一例外地说明一个事实：光子的能量是一份一份的，自然界中能够稳定存在的光子的能量（质量）都是不连续的，所有光子的能量均为某个最小能量的整数倍。

（五）光子与原子中的电子的作用规律。如果我们把原子近似看作一个球体，由于原子核的体积很小只占原子空间的极小一部分（原子核的体积比原子体积小若干个数量级，可以参考太阳体积与太阳系的体积对比），所以光子穿过原子时与原子核作用的概率极小，也就是说当一个光子穿过原子核时光子与原子核相互作用是一个极小概率的事件，一般情况下也可以认为光子不会与原子核作用，所以研究光子与原子的作用主要是考虑光子与原子中的电子的作用。我们知道，原子核外通常有一个或者若干个电子在围绕原子核旋转，离原子核越近的电子质量越小其运动区域（以原子核为中心形成的球壳部分）越小、占原子体积的比率也越小；离原子核越远的电子质量越大其运动区域越大、占原子体积的比率也越大。当一个光子穿过原子时，由于外层电子的运动区域较大所以光子与外层电子相遇的概率大于与内层电子相遇的概率，而光子与原子内层电子相遇作用的概率又大于光子与原子核相遇的概率。所以任一光子在穿越原子时，光子与外层电子的碰撞几率通常大于光子与内层电子的碰撞几率。

在了解了电子质量结合力曲线以后，很多人认为电子与光子的作用规律非常简单：因为电子离原子核越近“饥饿程度”越高、结合光子的能力也越强，所以必然是离原子核越近的电子吸收光子的几率越大、离原子核越远的电子吸收光子的几率越小。实际上这是初学者的错误观点，考虑离原子核远近不同的电子对光子的吸收率不仅要考虑电子内部结合力（“饥饿程度”），还要考虑电子和光子的结合几率。

如果我们用横坐标表示光子的质量，用纵坐标表示光子的质量，则我们同样可以画出不同质量电子对不同光子的吸收率曲线草图(这个比例非常不协调，凑合着看)。可以看到：质量较大的电子（外层电子）对能量较小的光子吸收率较大，质量较小的电子（内层电子）对能量较大的光子吸收率较大。也就是说，原子中的最外层电子对无线电波这些小质量的光子吸收几率较大，而对X射线、γ射线的吸收率较小，一般情况下我们可以认为原子中外层电子不会吸收X射线、γ射线。根本原因在于，原子中的外层电子质量本来就比较大、“饥饿程度”低所以结合光子的能力也小，如果此时电子吸收一个大质量光子则有可能质量大于“临界质量”，而这样的电子是极不稳定的，由于外层电子时刻受到原子核静电引力的撕扯作用，而外层电子和大质量光子的结合力是很小的，所以在原子核静电引力的撕扯作用下外层电子并不会吸收X射线、γ射线这类高能（大质量）光子，外层电子总是吸收小质量的光子（可能性较大）。在光电效应中外层电子吸收一个质量较大的光子可以电离（摆脱原子核静电引力作用形成自由电子），当光子的能量（质量）继续增大时由于外层电子和光子的结合力变小导致外层电子对能量（质量）的光子吸收率减小，当电子对光子的吸收率很低时，即使光子能量很大也不会使外层电子电离，所以外层电子几乎不会吸收X射线、γ射线这类高能（大质量）光子。

当光子与原子中的内层电子作用时，由于内层电子离原子核较近质量较小、“饥饿程度”较高因而结合光子的能力较大。那么是不是内层电子对光子的吸收率高呢？不是的，一方面内层电子的运动区域小，光子在穿越原子时与内层电子作用几率较小，另一方面由于内层电子离原子核较近因而受到原子核静电引力的撕扯作用也很强，当内层电子吸收了一个质量较小的光子后虽然内层电子和光子的结合力较大，但是如果光子不能使内层电子跃迁到离原子核更远的轨道上，在原子核静电引力的撕扯作用内层电子会很快“裂变”放出光子，如果光子的能量足够大可以使内层电子电离，所以内层电子对能量足够大的光子的吸收率较大。

（六）光电效应的微观解释。1887年赫兹首先发现了光电效应（光电效应是指高于特定频率的光照射在金属上形成光电流的现象），光电效应有如下特点：一是当照射光频率低于截止频率时没有电子逸出；二是光电子的初动能与照射光的频率有关而与光的强度无关；三是光电子产生具有瞬时性；四是照射光的强度只影响光电流的强弱。波动理论一是不能解释为什么照射光存在截止频率，且不随光强变化。根据波动性理论，无论照射光的频率是多少，只要照射光强足够大，时间足够长，电子就能获得足够的动能脱离阴极。二是不能解释为什么电子的产生都是瞬时的。按照波动光学的观点，在特定截止电压下，产生光电效应的时间应该与光强成反比，但是无论何光的强度如何，只要满足截止频率和截止电压的要求，光电效应的产生时间都在10e-14s量级。三是不能解释为什么存在截止电压，且只随频率变化。按照波动光学的观点，脱离阴极的电子的动能应该正比于正比于光强和照射时间，因此电子动能上限应随着光强和照射时间而变化，也就是截止电压会随着光强变化。

爱因斯坦用光的粒子理论成功解释了光电效应，实际上用光子模型很容易解释光电效应：处于原子核束缚状态下的“饥饿”的电子有吸收光子的能力，如果光子的能量足够大，就有可能和电子结合后使电子摆脱原子核静电引力束缚而成为游离态的自由电子，能量低的光子显然不能使电子“电离”成为自由电子。由于爱因斯坦的光粒子理论没有考虑电子内部结构及电子对光子吸收率，造成对光电效应的解释还存在一些缺陷，主要是：一是不能正确解释电子同时吸收两个或者两个以上的低能量光子电离的情况，二是不能正确解释高于截止频率高能光子（如高能X射线、γ射线）为什么不能使原子中的外层电子电离成为自由电子的问题，根据爱因斯坦的假设只要光子能量足够大就会使原子中的外层电子电离，但实际上高能光子如γ射线并不能够使外层电子电离成为自由电子，高能光子如γ射线只能使原子中的内层电子电离。由于不是我们讨论的重点问题，这里略过。

（七）热现象的微观解释。作为光子和电子的相互作用的一个附加结论，我们可以顺便升级一下分子运动论的理论。一是温度和化学反应速度的关系问题。实验表明：温度越高化学反应速率越快,温度越低化学反应速率越慢。分子运动论对此的解释是：温度升高,反应活化分子数增多,有效碰撞增加,反应速率加快。对气体而言温度升高气体分子之间碰撞的次数增加，所以化学反应速度加快。但对于混合的固体粉末而言，就有些牵强了：因为固体分子并不像气体分子那样可以随意碰撞。用原子内部结构的观点来解释就非常容易理解了：原子是由原子中的原子核和核外电子组成，化学反应的实质是电子从一个原子中转移到另一个原子中，当然这是一个弱肉强食的过程，在这个过程中电子会“裂变”向外放出光子。温度越高最外层电子离原子核的距离越远因而也越容易失去，温度越低最外层电子离原子核的距离越近因而也越不容易失去。实际上化学反应中的发光发热现象实质是电子“裂变”放出光子的过程。二是做功与热现象。分子运动论笼统地认为摩擦生热与敲打均是能量转化,相互摩擦的物体表面分子相互碰撞的过程，由机械能转化为热能。从原子内部结构的角度来讲很容易解释摩擦生热的根本原因：相互摩擦的物体表面分子相互碰撞，必然对分子（原子）产生压力，而原子中的外层电子受到指向原子核的压力（径向压力）时必然会靠近原子核，电子靠近原子核时其受到的静电引力必然增大，而原子核静电引力的增大必然导致其对电子的撕扯作用增大，当电子内部结合力不足以抵御原子核静电引力撕扯作用时它将“裂变”放出光子并获得反冲从而保证其不落入原子核中。没有原子系统“裂变”放出光子这个前提做功是无法改变物质内能的。三是液体的折射率随着温度升高而降低。我们都知道，通常情况下液体的折射率随着温度升高而降低，用分子运动论的观点无法从根本上解释这个问题。用原子结构的观点就很容易解释这个问题，原子中不同轨道上的电子对不同光子的结合力是不同的，电子离核越近结合光子的能力越强、离核越远结合光子的能力越弱，通常情况下温度越高电子离原子核就越远，因而和可见光光子结合力就越弱，宏观上就表现出液体的折射率随着温度升高而降低。

分子运动论无法解释为什么红外线的热效应强于可见光、可见光的热效应强于紫外线，当代物理理论对此也没有合理解释。从电子对不同质量光子的吸收率图上可以看出，只有能量较小的光子才能够被外层电子吸收，外层电子吸收了红外线光子后可能跃迁到离核更远的稳定轨道上（径向远离），也可能迫使外层电子回到离原子核更近的轨道上（径向靠近），如果外层电子受到径向压力作用回到了离核更近的轨道上，由于离核更近所以原子核静电引力撕扯作用将增大，此时外层电子会迅速“裂变”放出能量较大的光子（大于其吸收的红外线光子的能量），由于输出能量大于输入能量所以物体的温度就会升高。为什么可见光的热效应弱于红外线的热效应呢？这是因为当光子能量继续增大时，外层电子对光子的吸收率下降，所以外层电子回到离原子核更近的轨道上的几率也下降，其“裂变”放出光子的几率也较小。有人指出：可见光的能量更大被次外层的电子吸收的几率增大，次外层的电子吸收可见光回到离原子核更近的轨道上也会迅速“裂变”放出能量较大的光子，由此可见光的热效应也应该很明显而不会弱于红外线的热效应。理论上这样分析没有错，但是却忽略了光子与原子中不同电子的作用几率。前面我们指出：原子核在原子中占有的空间体积最小，因而光子与原子核的作用几率是最低的，内层电子运动区域小于外层电子的运动区域，所以可见光光子与内层电子的作用几率小于红外线光子与外层电子的作用几率，所以红外线的热效应更加明显。综合来讲，外层电子“裂变”放出光子是物质温度升高的主要原因，也就是说外层电子对物质热现象的贡献最大。

（八）能量不同光子在介质中传播速度不同的微观解释。对于处于原子核静电引力束缚状态下的电子而言，它是处于“饥饿状态”的，此时电子结合光子的能力较强，光子与电子结合后，在径向上电子既可能受到远离原子核的扰动作用也可能受到靠近原子核的扰动作用，光子的能量越大对电子的扰动作用越明显，光子和原子的相互作用时间也越长。举一个不恰当例子，若设电子在离原子核500个长度单位的轨道上绕原子核运动，与能量是80个能量单位的光子相遇，如果光子对电子的扰动作用是指向原子核的，则电子就会在这个作用下开始靠近原子核最终电子运动到离核460个长度单位的轨道上（电子向着原子核运动了40个长度单位），此时由于原子核静电引力撕裂作用大于电子内部的凝聚力，电子就会“裂变”重新放出光子80个能量单位的光子并获得反冲重新回到离核较远的稳定轨道上，从而并避免了被原子核静电引力拉入原子核。若同样的电子与能量是150个能量单位的光子相遇，并且光子对电子的扰动作用同样是指向原子核的，则电子就会在这个作用下开始靠近原子核最终电子运动到离原子核410个长度单位的轨道上电子向着原子核运动了90个长度单位），电子运动到这里时由于迅速增大的原子核静电引力撕扯作用大于电子内部结合力，电子就会在这里“裂变”重新放出光子。这里我们看到，80个能量单位的光子使电子向着原子核运动了40个长度单位后就与电子分离，而150个能量单位的光子使电子运动了90个长度单位才与电子分离，显然能量越大的光子和电子从碰撞－－结合－－分离经过的时间就越长，也就是说能量越大的光子和介质中原子的作用时间越长，于是在宏观中就表现为能量越大的光子在介质中的平均传播速度越小。

作为解释光子在不同介质中传播速度的副产品，也能用电子内部结构和光子相互作用的规律成功解释原子明线光谱和暗线光谱的形成，由于不是本章讨论重点，这里略去。