可以給光能問題結個賬了

戴榕菁

1.  背景

2021年初在還沒有很好地進入給20世紀物理學找毛病的狀態之際，我對著名的愛因斯坦-普朗克光能公式與能量守恒之間的不和諧進行了討論【[1],[2]】，當時我基本上對包括量子理論在內的20世紀物理學知之甚少，當初主要的注意力在能量守恒係統的漏洞而沒有怎麽談論量子理論。幾天前（即去年底），我從量子理論本身的不足的角度將我在2021年的分析重新討論了一下【[3],[4]】。遺憾的是，匆忙間沒有對2021年的分析進行重新審視，結果將其中的一個漏洞帶到了新的文章中。盡管後來進行了彌補，但仍然不太到位。本文不打算重複之前的討論，隻是對量子力學中的愛因斯坦-普朗克光能公式與能量守恒之間的不和諧進行一下總結，並給出其根本原因。

2. 結論

1）對於單純的慣性係（即不存在任何做非慣性運動的物體之係統），愛因斯坦-普朗克光能公式中在不涉及微觀運動的宏觀層次上滿足能量守恒關係；

2）當微觀發光機製被考慮在內時，愛因斯坦-普朗克光能公式不滿足能量守恒關係。

3）當一個係統存在著宏觀上做非慣性運動的物體時，愛因斯坦-普朗克光能公式中在宏觀層次上也不滿足能量守恒關係。

第1和第3個結論已經在之前的文章中討論過。現在具體來論證一下第2個結論:

假設A和B在真空中以速度V進行慣性相對運動。由A向B發射一束光線。假定光線離開A時的頻率為ν₁而B由於紅/藍移所看到的頻率為ν₂，而A在微觀層次上用於發射該光線所消耗的能量（即原子能級跳躍釋放的能量）為Ea，則根據愛因斯坦-普朗克光能公式我們有

Ea = βhν₁                     (1)

其中 β 光束所含的光子數量. 假定該光線對於參照係B中的觀察者來說所具有的能量為Eb，則根據愛因斯坦-普朗克光能公式我們有

Eb = βhν₂                     (2)

但因為ν₁ ≠ ν₂ 我們有

Ea ≠ Eb                                    (3)

也就是說，雖然對於在A上的觀察者來說，發射光線所消耗的微觀能量與光線所具有的能量是平衡的，對於在B上的觀察者來說，根據愛因斯坦-普朗克公式得出的光能與產生光能所消耗的微觀能量之間是不平衡的。

3. 分析

愛因斯坦-普朗克光能公式與能量守恒之間的矛盾不是偶然的而是實質性的因而無法在沒有對整個理論體係進行實質性修改的前提下通過任何數學技巧加以糾正。我們甚至不可能通過將由相對速度或相對加速度造成的多普勒效應引入普朗克的黑體實驗或某個光電效應實驗來獲取更精確全麵的公式以使得愛因斯坦-普朗克光能公式與能量守恒之間的矛盾得到解決。這是因為觀察者的運動無法直接影響與之沒有任何物理關聯性的被觀察物體的微觀層次的物體狀況。

20世紀物理學的荒誕劇情之一便是將幾百年前的所謂的伽利略相對性原理進行錯誤的放大解釋為所謂的“任何慣性係中的物理規律是等價的”，而伽利略當時所關心的僅僅是運動學原理根本不涉及微觀世界或電磁甚至熱運動過程。

4. 結束語

本博客自2021年開始對於愛因斯坦-普朗克光能公式與能量守恒之間的矛盾的討論有兩個重要的意義：1）它揭示出人類現有的有關能量的理論體係之局限性；2）它揭示出作為量子理論的最基本的公式之一的愛因斯坦-普朗克光能公式之局限性。

 

 

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[[1]] Dai, R. (2021) The Random Energy Loss and Creation in a Nonexpanding Universe. Retrieved from: https://www.researchgate.net/publication/350086785_The_Random_Energy_Loss_and_Creation_in_a_Nonexpanding_Universe

【[2]】戴榕菁（2021）能量不守恒及經典薛定諤貓？

【[3]】戴榕菁（2021）光能的混亂---量子力學的第一個先天不足

[[4]]Dai, R. (2025). An Energy Dilemma Created When Quantum Physics Started. Retrieved from: https://www.academia.edu/145680993/An_Energy_Dilemma_Created_When_Quantum_Physics_Started