普朗克常数h的秘密：物质以太与能量公式相关

爱因斯坦扩展了普朗克的能量子公式（ε=hv），得到描述光量子的能量公式。这个公式非常简明：

E=hv

其中，E是光子的能量，v是希腊字母，代表光子的频率^[3]，h是普朗克常数。

理论上，只要能测量一个光子的频率，我们就可以用这个公式计算这个光子的能量。但其实，这个公式从来没有获得充分的解释，所以大家都将其作为一个经验公式。

可如果按前文中经典物理学的研究思路，一路推演出“物质以太”的相关体系，那么无论能量公式还是普朗克常数，都可以获得明确的物理含义。

按照之前的假设，光子是“物质以太”形成的结构，以太海也是由“物质以太”构成的。当光子于以太海中通行时，这两种不同的以太结构会发生空间上的重合，因而也会发生“物质以太”之间的反应。

我们知道光子的能量有大有小，这说明光子也许是由数量不等的“物质以太”构成。

光子会与以太海发生“物质以太”之间的反应，但不可能是以太海中的全部“物质以太”。如果套用宏观世界的思维，很容易想到，只有光子所在位置上以太海内的“物质以太”才能参与反应。也就是说，光子会从以太海中激发出一定数量的“物质以太”，然后两者再发生相互作用，这是一个比较合理的假设。

按照这个思路，接下来的问题是：以太海会被激发出怎样数量的“物质以太”？

其实，爱因斯坦的能量公式已经对这个问题做出了回答，只需要再对该公式做一个简单的变形。

原公式为：E=hv，即：

在这个公式中，光子的频率v等于光子能量E与普朗克常数h的比值。

又因为频率与时间的关系，则有：，T为光子每个波动周期所用的时间。

将上述两个公式联立，就能得到我们最终要使用的公式：

也就是说，光子的每个波动周期为普朗克常数与光子能量E的比值。

这个公式具有怎样的物理意义？联系上文提到的光子与以太海之间发生作用的过程，我们可以进行如下合理推测：

当能量为E的光子（以太结构）于以太海（以太结构）中穿行时，光子所在空间位置上的以太海会释放出一份以太（与普朗克常数h对应），与光子所携带的全部以太（与光子能量E对应）发生反应，这两个以太结构中的以太元素会相互影响，发生某种交互，用时为T。

任何物理反应都应有一个过程，光子与以太海之间的以太反应也是如此，因此还需要引入对时间的计量，而光波波动的周期就是这两者发生反应所需要的时间。在这个物理过程中，每经历一个时间周期，光波的空间位置就会被改变一个波长的距离，这也引入了对空间的度量。当时间与空间都被度量以后，速度的概念随之产生。

具体而言，每一个时间周期T内，光子中的能量E都会从所在位置的以太海中激发出一份以太，并与其发生作用。当这个反应循环发生以后，光波的周期性便出现了，光波的持续性位移也出现了，而光速c正是由这两者决定的。

以上描述的物理过程不难理解。我们可以看到，普朗克常数h所对应的正是以太海中被激发出的那一份以太。

但这依然不是一个很准确的描述，因为显而易见的是，普朗克常数h与光子能量E二者的物理单位并不相同，一个是焦·秒，一个是焦耳。并且，现代物理学中并没有哪个物理量对应以太的数量，所以不能直接比较。但我们可以去想象这个过程，并在以太的数量与能量的大小之间建立关联。

因此，当引入“物质以太”的相关假设以后，我们可以把光的波动与位移描述为光子中“物质以太”与以太海中激发出“物质以太”之间的以太作用，这个过程可以用宏观的波动学来描述与想象。在这个基础上，能量公式E=hv与普朗克常数h所对应的物理意义也得以明确。

按照能量公式的变形公式，我们可以清楚地解读出它所对应的物理意义：

无论光子的能量E是多少，以太海中参与反应的能量或者以太数量都是确定的，因为与其对应的是普朗克常数h。

而光子携带的能量E会与以太海中激发出的能量发生以太反应，这个过程需要的时间是T。(www.xing528.com)

光子携带的能量E越大，这个反应完成的效率就越高，时间的计量值就越短。

因此，普朗克常数h的物理意义，应当和以太海中每一次参与反应所释放出以太的数量或能量的大小相关，同时也应当和光子与以太海中的以太发生反应的效率，以及人类对时间的度量相关。

也就是说，按照经典物理学的思路，如果我们引入“物质以太”假设，那光波的本质就是：

光与以太海这两种以太结构之间持续不断发生的以太反应。

普朗克常数h的物理意义则是：

以太海每次被激发出固定数量的以太（能量）与人类定义的时间度量的相关量。

能量公式E=hv的变形可以理解为：

两种以太结构中以太元素相互作用的时间。

光子携带的能量E越多，光子中以太与以太海激发出以太的反应用时也越短，所以能量公式的变形公式具有更明确的物理意义，也就是：

我们可以用来衡量光子所携带的以太数量。

又因为以太海中的以太与光子中的以太是同一种物质，所以能量公式E=hv的物理意义是：

光子中的能量E等价于以太海中每次激发出对以太的度量（h），与人类定义1秒的单位时间内对以太海激发次数（v）的乘积。

光波的波长λ可以用来表示。（请记住这个公式，下一节我们还将用到它。）

以上，是在引入“物质以太”假设后对光子前行过程的解读。而在现代物理学中，光子前行的过程被解读为电场与磁场在空间中相互影响，二者交替产生，从而使光子得以在空间中移动。

的确，无论现代物理学的观点还是“物质以太”假设都可以解释光在空间中的传播，但以太假说下的解释更直观也更容易理解，它所描述的物理现象与宏观世界的波动理论是相通的。

并且，只有在引入“物质以太”的观点以后，能量公式与普朗克常数才可以具备容易解读的物理意义，也可以更好地解释光波的运动行为。当然，对光波的解释只是我们深入量子力学本质的开始。

虽然爱因斯坦提出光子具有波粒二象性，但他并没有解释其中的物理机制，只是认为光子具有与宏观现象不同的微观特性。好在引入“物质以太”的概念以后，波粒二象性也可以在宏观思路下得到理解：

波粒二象性并不是说光子同时具有波动性与粒子性的特征，其粒子性的来源是光子所携带的“物质以太”及其对应的能量，而波动性的来源是与光子发生反应的以太海。当二者于空间中结合时，我们观测到的光子似乎同时具有了波动性与粒子性。

曾有人把波粒二象性比作水中的船，船对应着粒子，它造成了水波，而水波也会乘载着船。这个例子用在这里也很合适，它反映了是光子造成以太海的波动。

也曾有人把木块投掷到水面上，发现木块会随着自己激发出的水波纹移动，因此也具有一定的波动性，甚至可以产生类似衍射的效果。我们同样可以用这个例子描述以太海的波动如何影响与其结合的光子的空间位置，由此形成光学现象中的衍射条纹与干涉条纹。

总结一下，在引入“物质以太”的相关假设以后，我们讨论了光波与以太海的交互过程，并给出了能量公式与普朗克常数的物理含义。

以这个假设为前提，我们得以用与宏观世界认知一致的角度去理解波粒二象性，这是将微观世界与宏观世界打通的基础。

接下来，我们要讨论粒子是怎样与以太海发生反应的，为什么以太海中的粒子也会出现波动，为什么粒子的位置会发生改变，而这波动的波长又来自怎样的物理机制。

当然，在量子力学中这种现象的名称是“物质波”，而其对应了大名鼎鼎的物质波波长公式。