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[2011A题优秀论文] 基于光的波粒二象性猜想的数学仿真

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    发表于 2012-9-15 08:38 |只看该作者 |倒序浏览
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    题 目 基于光的波粒二象性猜想的数学仿真1 \7 r- Y  w5 q# n& y: _/ x
    摘 要:0 \! k1 O1 m% I2 |- I6 j
    本文旨在探讨光子的内在性质,在两种波粒二象性猜想的基础上,
    " r' z+ L+ B; j* s$ K建立了相应的数学模型,编写仿真软件进行实验,回答了文中提出的2 e# ]" N; H7 Q- N! g4 ~! n  C
    三个问题。0 P, I& q1 A8 ]6 v1 D
    问题一:为何光的前进方向发生改变,为何要通过很窄的细缝才
    $ _1 J4 s! D/ D% z5 x5 A" p会使前进方向改变的问题,我们首先利用龚院士的光微子模型解释如2 i9 \9 _4 w$ j  m! p# I: H
    下:将光子看作阴电子围绕阳电子旋转的系统,它同时具有群速度和8 T" {4 W7 H  v
    相速度,因此可以将衍射解释为碰撞过程:光子通过衍射缝时,与衍
    5 }& ]2 b' k* m射缝内壁发生碰撞,又由于其旋转角动量的存在,在碰撞后前进方向
    " _! L# _/ B& ~5 {7 D; O$ P- W  s发生改变;然后我们建立衍射发生概率模型,发现当衍射缝宽与光子3 u8 u6 y/ `' G3 T) q
    半径的比很大时衍射发生概率几乎为零,这就解释了光必须通过很窄
    . ]) }! i1 o' a! d& [的细缝才会有前进方向发生改变的事实。因此,衍射缝宽足够小是衍
    ! G, x4 l5 S- ~/ f射发生的必要条件。8 x2 E% L6 T9 x- i9 J4 D- p3 ~$ V, J4 d
    问题二:若干个光子同时作用的最终效果的问题。我们在Zu 教
    " d8 u) L5 Q5 A5 S9 f) N8 F- J授的光电磁场模型的基础上,将若干光子的共同作用解释为光子电矢* ]7 ^2 m$ g; \, D) L# o' h
    量的和,推导出单缝、双缝和多缝等模型的光强空间分布形式的公式,! j/ C% A4 H4 p& ?' L: V
    得出如下结论:* b: ?5 p0 s3 b
    1.若干光子共同作用的强度不仅取决于个数n , 还取决于它们
      l' ]5 k& U2 m/ T+ s之间的相位差 ,自身频率 以及它们的电场强度p E 。给定任意电场
    : p& c( A' q; E8 d2 y% v. h: o) L24 X. |5 t: N  @4 T- D
    强度、相位的一组光子,我们可以采用求取矢量和的方法计算出合成
    2 R9 O3 J( l" v' A. L  I光强;
    3 G/ h: E! ]$ ^; L/ h2.利用若干光子共同作用的原理,建立了光电磁场单缝、双缝9 M3 R, P' G+ Z4 {
    和多缝干涉模型,推导出相应的公式,并与玻恩理论中的强度近似公
    1 T- j  V4 f' R6 [; |4 ]式进行了比较,它们形式上是近似的,但由于t存在,使得在最终* L) X2 g' _3 |4 f
    的光强分布上有一定的差异。双缝衍射模型合理地解释了光子的湮灭3 {8 b+ s4 `5 i1 l2 ~% ]
    和增强现象;单缝衍射模型是光强空间分布的基础;最后将这三个模
    ! y2 ^) D3 f1 {6 [# i型统一起来,就是光子共同作用的定量表达式。8 c. K# Q9 c% ~; L4 v
    问题三:偏振的真实过程。我们在光电磁场猜想中关于偏振原理/ |/ |4 e/ r0 Z) @' @/ j
    的解释基础上,设计了蒙特卡洛验证算法,对自然光和线偏振光通过
    0 w3 z$ g' _+ O4 ?偏振片的过程进行了仿真,得出如下结论:# ]1 z% T* c) _% m3 B: o
    1. 偏振的真实过程是:当光线到达偏振片时,光线中的大量光9 l$ Z! n2 v+ G+ F5 K
    子分为左旋与右旋两类,两类光子间随机配对,判断在某一时刻形成
    " H, ^' p" ^! h7 D的线性极化光子对的极化方向是否与偏振方向平行或垂直。如果平行,
    6 C! c$ r7 r9 p( O; `该光子对将通过偏振片;如果垂直,则该光子对被偏振片吸收;若其
    . n( g9 e; c  U9 G! M2 N0 V  U方向与偏振方向既不平行也不垂直,则偏振片迫使该光子对分解,重
    : ]+ k0 S. h. S7 T. P, _8 A新参与其它光子的配对;
    / \" i6 c) {. }- i2. 实验表明自然光通过偏振片时,通过偏振片的光子数与被偏% c5 f+ C& R- f" Q& ^5 Z% d
    振片吸收的光子数比值稳定在1 附近,自然光通过偏振片后,强度约8 J7 X3 S9 R" d; d5 n% O
    减为原来的一半,这说明猜想具有合理性;但线偏振光的实验结果并
    7 b+ W  u% Q+ {6 R不能满足马吕斯定律,说明该猜想仍有一定的不足。
    0 _, j9 T% w: @) @* V' n! }关键词:光微子模型,光电磁场模型,蒙特卡洛算法,衍射,偏振原
    / B' b' h& o6 ]) N& ?, R4 K/ V7 l3 I/ [1 k! u8 I" U
    A90006033.zip (957.6 KB, 下载次数: 418)
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