光与介质相互作用规律机理分析及其物理意义

作者：彭晓韬
日期：2021.07.06
[文章摘要]：光与介质相互作用规律是研究光的本质及人类观察客观世界的基础性规律的手段。但通过本人多年的研究发现：目前人类不仅对光的本质认识存在严重错误，对光与介质的相互作用规律的认识更是南辕北辙。光的本质是电荷产生的电场和磁场，它并不能脱离电荷而单独存在。光遇到介质会使介质中的原子极化为电偶极子并产生所谓的反射、散射、折射、透射、衍射和绕射等次生光。入射光在此过程中会被次生光所逐渐抵消而消失。但目前人们大都认为光是独立于电荷而单独存在的，且光同时具有波动和粒子性，甚至还认为其携带了与其频率成正比的能量与动量。这些观点都是不正确的。本文就此作些探讨。
一、目前公认的光与介质相互作用规律简述
目前人们公认为光与介质相互作用会出现如下几种作用方式：反射、散射、折射、透射、衍射、干涉和绕射。如下图所示：

从上图一可知：光与介质不同作用方式所产生的效应是不同的。直接与介质相互作用时的反射、散射、折射和透射光与介质的性质直接相关。有的介质反射和散射强度较强，有的较弱。而另一些介质的折射和透射光强度较强。但单缝衍射光的强度一般比直射光强度小得多且有干涉类明暗条纹。而双缝干涉的干涉条纹就更加明显。绕射光强度一般随绕射角度逐渐减小。
二、与介质作用后的光的基本属性简述
与介质作用后的光的基本属性主要有四个方面：光的频率、相位、振幅/强度和速度。
1、反射光
1.1、频率：主频变化显著。一般与入射光的主频、介质界面的性状、介质性质及分子组成形式密切相关。如：同一太阳光下，地表物体颜色丰富多彩、千差万别。
1.2、相位：与入射光相差半个周期。即所谓的半波损失。
1.3、振幅：变化显著。一般与入射光的主频、介质界面性状、介质性质及分子组成形式密切相关。如：同一太阳光下，地表物体反射强度相差悬殊。
1.4、速度：与入射光进入的空间范围内的性质直接相关。当进入的是介质时，由介质的性质和运动状态决定；进入的是真空时，由反射界面的运动状态决定。
2、散射光
散射光的属性与反射光基本相似。只是界面的性状对两者的影响正好相反：界面越平整，反射光强度越大，散射光相对较弱。反之亦然。
3、折射光
3.1、频率：主频变化不显著。一般与入射光的主频、介质性质及分子组成形式密切相关。
3.2、相位：目前人们还没有实测过折射光与入射光的相位关系，也未测量过相位随折射光传递距离的变化规律。
3.3、振幅：变化显著。一般与入射光的主频、介质表面的性状、介质性质及分子组成形式密切相关。
3.4、速度：变化显著。一般与入射光的主频、介质性质和运动状态以及分子组成形式密切相关。
3.5、偏振方向：法拉第磁光效应证明：折射光的偏振方向同时受介质性质及外加磁场强度的影响。当外加磁场不存在或介质不存在时，均不会发生该效应。
4、透射光
4.1、频率：主频变化不显著。一般与入射光的主频、介质性质及分子组成形式密切相关。
4.2、相位：目前人们还没有实测过透射光与折射光的相位关系。
4.3、振幅：变化显著。一般与入射光的主频、介质表面的性状、介质性质及分子组成形式密切相关。
4.4、速度：与透射光进入的空间范围内的性质直接相关。当进入的是介质时，由介质的性质和运动状态决定；进入的是真空时，由透射界面的运动状态决定。