光是自然界常见的物理现象，人类做过了与光有关的大部分实验，得到了系统的准确的实验数据，人类利用了光的大部分性质，让其在社会生活、经济和科研活动中发挥着越来越重要的作用。但是传统理论对光本质的认知并不完备，这种不完备的认知不仅影响了对光物理现象的解释和扩展应用，而且对物质基础结构和基本相互作用制的深入研究也有重大影响。本文在传统理论基础上引入波粒统一模型，以此对光子的形和形变作些深入探索，试图对光物理实验的解释提出一些新的思路。
1传统理论对光本质认知的不完备性
早期人们用微粒说解释一些光现象，但对很多与光波动有关的问题无能为力，別说频率、波长，就是简单的衍射、折射都不能很好解释。
后来，惠更斯等人提出的光波动说，对光现象的解释力度比微粒说要优越得多，利用波动说，不仅定性而且定量地解释了很多光现象。
但是仅靠波动说也难以解释全部光现象。就是一些看似光的纯波动现象，其中也内含粒子的特征，如光电效应中频率与个体能量关系、解释衍射现象中的＂子波＂，等等。
不少学者为了协调微粒说和波动说，提出了很多方案，但大都没有从根本上解决问题。如：早期德布罗意团队提出导波理论，即让粒子在波中行，但始终无法解释基础的波来自何处的问题。也有人提出一种发射理论，认为从波源开始就按间隔发射光子，似乎可以出现＂脉冲＂式的波效应，（类似无线电波或者光纤信息波）但它解决不了衍射问题，对折射采取不断吸收再发射模式，与参与作用的多种原子能级谱线不吻合。
于是互补理论、波粒二象性理论成了主流，干脆不去从本体论的角度理解光的波动属性和粒子属性，认为光＂有时＂表现为波动性，＂有时＂表现为粒子性即可。这些理论中波动是占主导地位的，粒子容易＂坍塌＂，波表现为粒子周期性出现的几率形式。
传统波动说最大的不足除了难以解释粒子性外，主要是自它诞生以来就没有说清楚它在什么介质中波动，或者说在＂没有＂常规介质的情况下如何波动，因此始终无法将波动性和粒子性在本体论上统一起来。麦氏电磁波说是一种假设，描绘出一种脱离光源（出发地现场的电磁场振动）的变动的电磁场，然而电磁场究竟是什么，一百多年过去了还没有阐述清楚。笔者认为，应当是由光来解释电磁场，而不是由电磁场来解释光。
2局部绝对静止以太系统下的波粒统一模型
科学实验观察到：较大范围、较长时间的“光速c”一致性，预示着必然存在一种较广泛的、普遍联系的“环境”“媒质”因素，能够导致其中的“个体”具有一致性的运动状态，似乎只有介质波能够具有这种特征。实验证明：总能量小但频率高的光束比总能量大但频率低的光束，具有更大的对物体的“冲击”性，预示了波的“一份一份”性，而这一份一份的波正好可以视同为“粒子”性。大量的质能相关事实、正反粒子堙灭为能量（或者反向）的事实、原子能级计算公式中含有的“光速c”事实，预示着波不仅与光而且与“实物”粒子有着密切关联。质子、电子和光子，具有广泛的“全同”一致性，（光表现在速度上，质子、电子表现在质量上，同样也表现在内部速度上）预示了“同步”在无序迈向有序进程中的重要作用，只有波能够具有这种导致个体稳定、具有在时空中呈现一致性的“同步共振”机制。
3过对上述真实现象作出的猜想：
A、宇宙的本原（延续且变化的实在与非实在，即有与无）通过均匀化过程形成具有较大范围和较长时段稳定性的局部绝对静止以太系统，这是无序突变到有序的基础，是一切有序结构产生的基础，是导致万物既分化又统一的系统性和整体性的基础。
B、以太系统中随机产生又随机消失的不稳定的横波和纵波。
C、横波与纵波的随机组合，自然选择适者生存，通过同步共振形成了稳定的具有定态特征的一份一份的共振波，可称为量子波。
这里的波，不是指描述粒子在振动的波，而是说在这个基础层面粒子就是波，或者说稳定的波就是粒子。由波构成的“有形”既不是固化不变的，也不是无形的，而是能够在动态中保持稳态的“有形”。这个基础层面的波由于同步共振能够保持极强的稳定性，不会如同宏观波一样随着时间的推移而不断扩散衰减，而是能维持很长寿命期的个体性。波具有很好的共容性和穿透性，（类比：看看很小的耳道中的成百上千种声波的共容性和穿透性）这就为粒子形的稳定性和粒子之间的相互作用时的形变提供了有效的构建途径。
近百年的科学发展史证明了，物理微观领域研究工作凡是沿着波与粒子融合的路线前行，承认任何粒子生存的任何时刻都具有波粒二象性，就能持续地走向成功，如量子力学、微电子学、电磁波学，直到量子计算、量子通信，这就意味着波与粒子有极大的可能是以某种方式统一在一起的，而“粒子就是波”即“波粒统一模型”是最佳的解决方案。凡是背离波与粒子统一的路线，持有固态的僵化粒子观，则很难走向成功。因为任何有固定边界的粒子，无论多么接近，只要不接触就是无限远的，无论近距离作用或者远距离作用都不可能发生，而只要接触，无论是自身接触或者是通过别的粒子接触，都面临着难以解释这种接触如何引起相互作用的难题。3波粒统一模型为光子的形和形变的构建提供了本体性、实在性基础
笔者认为，个别性、稳定性和波动性是量子理论的精髓，所有基础粒子均表现为一份一份的波动形式，定义为量子波。个体波动的形并不是固定的三维体积，而是一种动态的空间分布，波动中心轨迹可以描述了这种动态中的“定态”，体现了粒子的形。由于横波与纵波的共振相位不同，量子的波动有费米波和玻色波两种形式。费米波的波动中心在一定的三维区间呈环状运动，平均速率是光速。玻色波的波动中心在一个平面内朝一个方向运动，平均速率也是光速。光子表现为纯粹的玻色波，静止的实物粒子（如质子、电子）表现为纯粹的费米波，运动的实物粒子同时含有玻色波分量和费米波分量（波动中心的运动类似延伸的弹簧状态）。
可以使用一个直角三角形DOE描述量子的频率（次/秒，相当于能量、质量）、速率（米/秒）和波密度（次/米，波长的倒数，曲率，相当于不考虑矢量的动量）。DOE中，O为直角顶点，纵向直角边OD方向表示量子波动的费米波分量，横向直角边OE方向表示量子波动的玻色波分量，斜边DE方向表示量子总的波动。设静止频率即频率的费米分量为vF，速度的玻色分量为υB，即一个静止频率为vF的实物粒子以υB速率运动，总的速率为光速c表现在斜边DE方向。
可得到如下关系：
A、斜边DE方向：
总频率vZ= 频率费米分量vF
/ 根号(1 - υB＾2/c＾2)
总速率υZ = c （即真空光速）
总波密度pZ=频率费米分量vF
/ （c根号(1 - υB＾2/c＾2)） (即总曲率,动量)
B、纵向直角边OD方向：
频率费米分量 = vF
（相当于静止粒子的能量、质量）
速率费米分量υF =（ c根号(1 - υB＾2/c＾2)）
波密度费米分量pF =费米波频率分量vF / c
C、横向直角边OE方向：
频率玻色分量vB =频率费米分量vFυB
/ （c根号(1 - υB＾2/c＾2) ）
速率玻色分量 = υB (即粒子运动速率)
波密度玻色分量pB =费米波频率分量vFυB
/（c＾2根号(1 - υB＾2/c＾2)）（相当于运动粒子的动量）
上述对物理量的描述符合直角三角形的边角关系，费米子（如质子、电子）获得的动能越大，总频率就越大（相当于同样距离计量时间延缓），波长就越短（相当于同样时间计量距离缩短）。角ODE越大，OE方向速度就越大，但不能超过光速c。它们之间的关系计算完全符合光速一致性假设和洛伦兹变换假设。用一个简单的直角三角形描述量子波，能够在频率（能量、质量）、速率、波密度（曲率，动量）方面得到与洛伦兹变换公式相似的形式，而且内含了能量与质量相关公式中c平方的原始踪迹。波粒统一模型能很简便地实现在相互作用下，光子、静止的正或反粒子、运动的正或反粒子之间的转换。
需要说明，笔者认同光速一致性和洛伦兹变换的客观真实存在，但同时也认为狭义相对论仍有很多值得深入探讨的问题，主要是完全相对主义问题，惯性参照系无条件平权的思路，将会得到在航天飞机上观察地球认为地球能量瞬间猛增的荒谬结论。
4波粒统一模型为解释光学实验提供的新思路
波粒统一模型为光子的形的构建，以及与静止的实物粒子、运动的实物粒子之间相互作用时的形变直观描述提供了本体性、实在性基础，为解释光学实验提供了一些新思路。主要体现在：
A、光子自身的电偶极化
光物理实验中，很多情况下光速变动很大，但光子个体基本上是稳定的。如，光的反射实验中，从入射开始、入射结束反射开始，再到反射结束，光子的波动速率是从c到0再到c,但最终光子个体的频率（能量、质量）变动不大。似乎光子到介质中跑了一圈，没有发生什么改变。在这过程中，光子的能量传递于何处又是如何恢复的呢？传统理论中有一个＂介质电偶极化＂理论，认为光子在与介质粒子作用时，引起介质粒子电偶极化，吸收了光子的速率和能量，并与光子发生电场排斥性作用，直至平衡后反弹。但这个过程中原光子还存在吗，如果原光子不存在怎能实现反弹，如果原光子存在则需描述“压缩后”的光子是个什么样子的，传统理论阐述不清晰。
波粒统一模型认为，反射等很多光学实验中，光子的波速改变和能量储存（释放），都是通过光子的波形形变（类似压缩）实现的，形变后的光子波动中心原在XY平面中的直线方向的正弦波动轨迹，形变为类似正反粒子偶（中性原子态）的XYZ立体环状波动轨迹。总能量（频率）、合成的波速仍保存在形变中的光子中。这种光子“自身的电偶极化”比起传统理论的＂介质电偶极化＂要简单得多，对反射、折射、以及其他很多与光和实物粒子相互作用的有关实验的解释力度要强得多。
B、光子电偶极化作用强度决定了光子在介质中的形变大小和形变方式
光子电偶极化效应既是光子与介质粒子相互作用的结果，又是光子与介质粒子相互作用的产生机制，二者是相辅相成的。可以将光子理解为一个弱的中性粒子，虽然无法呈现电性，但内部结构含有微弱的电场因素，在与介质粒子作用时电偶极化程度增大，与介质粒子之间的电场排斥作用也愈加增强。
光子电偶极化程度与介质性质强相关，与光子波长弱相关（色散现象），不同的介质对不同频率的光子产生的电偶极化程度，有一个平衡点，即基础折射率。光子电偶极化程度决定了光子与介质粒子作用强度大小，以及光子在介质中的形变大小和形变方式。极限的电偶极化：光子全部实现电偶极化，光子“停了下来”，而后转入“反射”。在此转折时光子的波动相位延后半周，即“半波损失”。（频率能量并未损失）较弱的电偶极化：光子部分实现电偶极化，光子“减速”进入了介质内部，形成“折射”（即透射）。光子电偶极化程度决定了折射率大小。
就光子个体而言，反射与透射具有概率性，因而就光子的群体而言，有一个与入射角度和介质界面性质有关的透射率问题。（包括入射光小于临界角度的全反射）在波粒统一模型和光子电偶极化思路规范下的光反射、折射、衍射实验中的光路计算，与传统波动理论计算基本一致，此时每一个光子就相当于光波动理论中的具有一致性特征的“子波”。
C、衍射现象的本质是个别光子在障碍物前边缘的非对称电偶极化引发的传播方向改变
衍射是光子经过障碍物前边缘时改变直线传播规律绕到障碍物背后的现象，传统理论对此作出波动说解释：首先光束在障碍物前边缘形成向外突出的圆弧状“波前”，然后波前的任何点发出“子波”。理论的最大问题是为什么没有障碍物时不会出现圆弧状波前，不能回避光与介质的相互作用关系，其次是无数子波继承原始频率特征的能量来源是什么，如何进行因果计量分析。
波粒统一模型认为，衍射现象的本质并不是波前子波发射效应，而是个别光子在障碍物前边缘的非对称电偶极化，即光子个体作为一个整体与障碍物（介质）前边缘作用时，形成的电偶极化是非对称的，一部分落到边缘外，并绕到障碍物背面，从而改变了传播方向。
D、光子的振幅是一个必然存在但尚待发掘的物理量
任何波都有振幅物理量，前文笔者认为光子的波动中心波动轨迹能描述光子的形，但是波动中心波动轨迹并不等于光子的振幅。振幅的平方是与能量成正比的，但光子能量越小波动摆幅越大，不符合振幅定义。传统理论没有建立光子的振幅概念，很多时候误将波动中心波动轨迹视为振幅。
传统光的振幅叠加公式，以正弦波（与波长相关）分别描述的两列相干波，两列波到达某空间点，只有同时为波峰或者同时为波谷时合成波的振幅才最大，说明以波动中心移动幅度(即与波长相关的摆动幅度)描述振幅是不合理的。传统波叠加公式计算，两列相干波到达某空间点，分别为波峰和波谷时合成波的振幅最小，似乎能量消失了，其实是光子群体的同步效应引起的群体空间分布改变，“暗处”的光子相互排斥转移到“亮处”了。
波粒统一模型将波动性天然地融合到个别光子中，但又不能以光子的波动中心轨迹移动偏移作为振幅，那么什么是光子的振幅呢？这是一个尚待研究的物理量，它隐含在光子的波动中心轨迹波动偏移量中，振幅方向与波动中心轨迹移动方向一致，但数值是负相关的，波长越小振幅越大，这种负相关关系为质子、电子的质量定态提供了计算依据。
E、光子的旋性形变
光子的形变不仅仅有传播方向的改变、外在与内部波动速率比例的改变、相位角度延后的改变等方式，还可以有振幅角度的改变，即光子旋性形变。典型的实验事实是非偏振光经过偏振片转变为偏振光，以及磁旋光现象。波粒统一模型从内部结构角度为光子的旋性形变提供了可能性。
F、光子的群体同步
以上阐述的实验事实都是个别光子与介质粒子相互作用时，个别光子发生的形变。那么是否存在光子群体的同步现象呢？答案是肯定的。群体同步指的是个别光子的波动状态影响周边光子一起协同波动，让集合的光束显现出整体波动状态。
光子的群体同步现象很普遍：无线电波是宏观电磁震荡装置造成的光子群体纵向同步；激光是宏观激光腔激发的光子群体纵向同步；穿过小孔的单色光也可以形成群体纵向同步；而投射在屏幕上的干涉条纹是一种横向同步。
光子群体同步的产生机制是聚集的个别光子在共同参与介质相互作用时的协同波动。光子群体同步一般不伴随能量转移，即群体同步过程中个别光子的频率和光子总数改变不大，但改变了时间队列分布使得光子流呈现出波动状态，或者改变了空间队列分布使得光子在屏幕上分布呈现出疏密波动状态。光子群体同步本质上是各个已电场极化的光子之间的趋于同步的相互作用。
参考书目
[1] 倪光炯、李洪芳.近代物理.上海：上海科学技术出版社，1979.
[2] 赵凯华.光学. 北京：高等教育出版社.2004
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[5] 林强、于敏.原子核理论讲义.北京：北京大学出版社，2014.
[7] 霍炳海、贾洛武、曹文斗.大学物理概论.天津大学出版社， 2000.
作者简介：皮可慰 1948年9月 男 湖南省长沙市 汉 大專 原柳州市财政局长、高级会计师 研究方向:哲学、基础物理。