hexalobular pan hd:物理论文：光学和电磁学的都行

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Lorentz-Compon 佯谬与一个双胜判决性散射实验设计
甘永超 胡 战
（湖北大学，物理学与电子技术学院物理系，武汉 430062）
波粒二象性是物理学中一个重要而基本的问题，Einstein与de Broglie已于1905 与1923年分别做出开创性的工作。近几年来，在这方面仍不时有轰动性的实验报道[1,2]。Compton效应同属于这一领域，在它发现后不久Heisenberg就于1925年预言[3]：在可见光区域也存在类似的效应。可是，这一预言迄今为止并未得到实验的证实。
观察可见光区域的Compton效应对现代光谱技术来说并非难事，可有些文献却误导了方向，甚至还定量计算出观察厘米波的Compton效应需要高达1011的分辨本领。当然，这个计算并没有错，但它却掩盖了观察可见光区域的Compton效应只需105的分辨本领这一基本事实(这是不少光谱实验室都能做到的)。
可见光区域的Compton效应究竟是“存在但目前尚无法观测”还是“根本不存在”有着天壤之别。在物质的波粒二象性、经典物理与量子物理的界限以及量子消相干交织在一起已构成国际物理前沿一个研究热点[1,2,4]的今天，我们必须深刻反省并彻底搞清这一问题，因为，它具有重大的科学价值和判别价值。
为了摆脱电子的束缚能对可见光区域Compton散射的影响，我们改用632.8nm的He-Ne激光与100eV的单能电子在真空中对撞(如图1)。根据经典理论(Lorentz的电子论)，其散射光的波长
（1）
其中，β为入射电子的相对论β值(亦即υ/c)，λ为入射光的波长。而根据量子理论(Compton的散射理论)，散射光的波长却为

（2）
其中，E为入射电子的相对论能量。显然，对同一散射过程，Lorentz 图景(波与粒子的散射)与Compton图景(粒子与粒子的散射)不仅物理机制迥异，而且其计算结果也根本无法协调(我们称这一矛盾为Lorentz-Compton佯谬)。两者的差值
（3）
不可能随l的变化而趋于无穷小(因为Δl与入射光无关，相当于常量)。若在同一直角坐标系ll′中画出(1)、(2)二式的函数图形，则显然是两条永不相交的平行线。按照通常的极限论思想，lC′永远无法趋近于lL′。
假若在垂直方向(散射角θ=π/2)测量散射光波长，则(1)、(2)两式相差2.3788×10-3nm，现有光谱仪是完全可以分辨的。若测量结果倾向(2)式而偏离(1)式，则不仅证实了Heisenberg1925年的预言，而且还从实验上证实了Fermi 1932的观点[5]：光的量子理论能够包含光的经典理论。反之，若测量结果倾向(1)式而偏离(2)式，则现代物理学大厦就会坍塌一角(可见光区域根本不存在Compton效应，在经典领域光的量子理论无法包容光的经典理论)。如此，现代物理学的宏观结构、理论体系和有关概念势必发生深刻的革命[6]。
参考文献:
[1] L.Hackermüller, K.Hornberg, M.Arndt, et al.. Decoherence of matter waves by thermal emission of radiation. Nature, 2004, 427: 711~714.
[2] L.Hackermüller, S.Uttenthaler, A.Zeilinger, et al.. The wave nature of biomolecules and fluorofullerenes. Phys. Rev. Lett., 2003, 91: 90408
[3] 吴芝兰, 郑钦贵编译. 诺贝尔物理学奖金获得者. 福州: 福建教育出版社, 1983, 140.
[4] W.H.Zurek. Decoherence and the transition from quantum to classical. Phys Today, 1991, 44(10): 36~44.
[5] E.Fermi. Quantum theory of radiation. Rev. Mod. Phys., 1932, 4: 87~132.
[6] 甘永超. 波粒二象性研究中的历史学与方法论思考. 科学技术哲学, 2002, (9): 32~37.