光在一定條件下會形成明暗相間的條紋，目前主流物理學理論認為這是光的波動性的表現，而用粒子性觀點無法解釋明暗相間條紋的形成。經過實踐探索，我們認為光的粒子性假說更能夠準確解釋明暗相間條紋的形成原因，本章我們將用光的粒子性觀點探討明暗相間條紋的形成。
（一）光子假說的致命硬傷－－光在介質中的傳播速度變化問題。
在人們認識光的本質過程中，牛頓首先提出了光的粒子假說，牛頓首先提出了光的粒子假說，但是簡單的光子說無法解釋光在不同介質中傳播速度變化的問題，也正是因為解釋不了這個問題，之後人們把精力更多地放在光的波動性的研究上，在牛頓之後的幾百年時間裡物理學家一直在苦苦尋找並試圖證明“以太”的存在。1850年法
國科學家傅科首先發現光在水中的傳播速度小於光在空氣中的傳播速度，後來人們又發現光在玻璃中的傳播速度小於光在水中的傳播速度，並且光在不同介質中的傳播速度都小於光在真空中的傳播速度。光在不同介質中速度不同對於光子假說這不是最難解釋的，光的粒子假說無法解釋的就是光在介質中的傳播速度變化問題，假設有一束光在介質中以0。8C傳播，當光從介質中進入真空則光的速度會突然增大到C，再次進入相同介質後速度又會減小到0。8C，並且這一過程可以多次重複，傳統光子假說無法解釋光子速度突然增大或者突然減小的原因，因為物理學家無法解釋光子為什麼會突然加速或者突然減速，自然也就無法解釋光子在進入介質－真空－介質過程中速度反覆變化的現象
。
物理學家根據聲波在不同介質中傳播速度會發生變化的事實認定光也是一種波，但問題是光可以從太陽經過真空傳播到地球上，傳統觀念裡粒子是不需要介質傳播而波是依靠介質才能夠傳播的，光可以在真空中傳播必然是依靠某種介質，物理學家堅信必然有一種能夠傳播光波的介質－－“以太”，由此物理學家開始了長達幾百年的尋找“以太”的艱苦過程，由於其出發點（認為光是波動）就錯了，所以尋找“以太”不過是水中撈月、緣木求魚罷了，最終
邁克爾遜——莫雷實驗證明了
“以太”並不存在
，然而就是在鐵一般的事實面前，物理學家仍然認為光的本質是波動，並由此導致人們的認識出現更大的偏差，延遲選擇實驗甚至認為意識可以改變物質、現在人們的選擇可以改變過去已經發生的事情，很明顯違背了因果律，也為智者所不取，我們將抽絲剝繭分析問題產生的原因
。
（二）光在介質中的傳播速度與真空中的傳播速度相同始終是C。
看到這裡有人會罵標題黨，我們強烈建議大家花兩分鐘時間看完下面的分析再噴。舉一個簡單的例子，在一條長度為1000公里的公路上公交車和計程車都以相同速度（每小時60公里）行駛，這條公路上每1公里設一個車站，我們規定不管有沒有人上車或者下車，計程車必須在每站停留1分鐘、公交車必須在每站停留5分鐘（因為公交車上下車的人比較多所以需要的時間就比較長）。則公交車和計程車的行駛速度雖然相同，但
一定是
計程車先走完這段路，也就是說出租車的平均車速大於公交車的平均車速。實際上我們知道，公交車和計程車的速度是相同的都是每小時60公里，只不過公交車在每站停留的時間較長從而使其
平均車速
較慢，計程車在每站停留的時間較短從而使其
平均車速
較快。
與之類似，
光子在真空中和介質中的傳播速度始終都是C
，只不過光子在真空中傳播時沒有與原子作用，所以其平均速度始終為C；而光子在介質中傳播時會不斷與介質中的原子發生碰撞，光子與原子從碰撞到分離是需要一定時間的（就像公交車計程車到每站都要停留一段時間一樣），考慮光子與原子的作用時間後自然就造成光子在介質中的
平均傳播速度
小於C。這裡我們提出了光子在介質中的
平均傳播速度
這個概念，
平均傳播速度
和光子在介質中的
傳播速度
是兩個
不同的
概念，
平均傳播速度
永遠小於光子在介質中的
傳播速度。
光子和原子的作用時間指光子與原子從相遇到分離所需要的時間，光子在介質中的傳播中會多次遇到介質中的原子（就像公路上的車站一樣），
光子遇到原子就會和原子中的電子結合在一起並短暫停留一小段時間，
之後再離開原子繼續行進，光子在行進的路程上不斷與原子作用（結合）——分離——傳播極小距離後再與原子作用（結合）——分離，這一過程不斷重複，造成光子在介質中的
平均傳播速度
小於光子在真空中的
傳播速度
。而實際上光子在介質中的傳播速度和光子在真空中的傳播速度是一樣的，都是C
，並不存在光子的傳播速度會突然增大或者突然減小這一現象
。光子在介質中的
平均傳播速度
主要取決於光子與原子的作用（結合）時間長短，光子與原子作用（結合）時間越長則光子在介質中的
平均傳播速度
越小。通常情況下，光子能量越大（頻率越高）與原子作用（結合）的時間就越長，光子能量越小（頻率越低）與原子作用（結合）的時間就越短，比如藍光與原子作用（結合）的時間就比紅光與原子作用（結合）的時間長，這就造成藍光在介質中的平均傳播速度比紅光在水中的平均傳播速度小
，接下來我們分析其微觀原因
。
（三）能量越大的光子與電子的平均作用時間越長
。實驗表明頻率不同的光子在同一介質中的傳播速度是不同的，如不同色光在水中的折射率n不同，紅光的波長最長、頻率最小，在介質中的折射率最小
、傳播速度最大
；紫光的波長最短、頻率最大，在介質中的折射率最大
、傳播速度最小
。如在室溫下紅光折射率為1。3311，黃光折射率1。3330，深綠光折射率1。3371，紫光折射率1。3428。
對於不同頻率光子在介質中的傳播速度不同這一實驗事實，波動理論用不同波長的光在同一介質中折射率不同來解釋，有人
粗淺地
認為，不同頻率的光自然振動的頻次不一樣，頻率越高，每秒振的越多，相當於走路越多，所以所受的阻力就大，故一般情況下高頻光走得慢（折射率高），低頻光走得快。這個解釋是非常牽強的而且也無法解釋介質的折射率隨著溫度變化而變化的原因，比如水的折射率與溫度成反比，溫度越高折射率越小，但是用光的粒子模型解釋起來非常直觀也更加容易理解。
電子內部結構特徵。
①電子的本質屬性是粒子性，電子具有特定的內部結構，可以吸收光子也可以放出光子並且這一過程可以無限次重複，所以原子中電子質量並非一成不變的而是時刻處於變化之中的。②與原子核“質量幻數”相似，電子也存在若干個不連續的結合能極大值――“質量幻數”，每個“質量幻數”對應於電子在原子中的一條穩定軌道；電子在原子中不同穩定軌道上的質量是不同的，電子離核越近質量越小、離核越遠質量越大。③電子離原子核越近質量越小、內部各部分結合的越緊密、“飢餓程度”越高因而其結合光子的能力越強；電子離核越遠質量越大、內部各部分結合的就越鬆散、“飢餓程度”越低、其結合光子的能力就越弱。④當電子與原子核之間的距離縮小時，電子會透過“裂變”放出光子獲得反衝從而增大繞核速度，保證其不落入原子核中；電子在遠離原子核時又會迅速吸收光子增加質量為下一次“裂變”做好物質儲備。⑤原子中處於原子核束縛狀態的電子只能吸收特定能量的光子，因為只有特定能量的光子和電子結合後才會處於“質量幻數”——其內部結合力較大足以抵禦原子核靜電引力撕扯作用。⑥電子存在“臨界質量”，不能無限吸收光子增大質量，大於“臨界質量”的電子都是極不穩定的，並將在極短時間內“裂變”放出光子並重新生成能夠穩定存在的質量較小的電子。
如果我們用橫座標表示電子的質量，用縱座標表示電子內部的結合力，則我們可以大致畫出電子質量內部結合力草圖。從圖上可以看出，電子質量越小內部結合力越大同時離原子核越近、吸收光子的能力越強，電子質量越大內部結合力越小、離原子核越遠、吸收光子的能力越弱，當電子吸收了質量足夠大的光子後會處於“臨界質量”或者“超臨界質量”，此時電子不能繼續吸收光子增大質量了，在外界微小擾動作用下電子又會“裂變”放出光子減小質量。電子在離原子核較近的“質量幻數”位置可以吸收一個特定能量的光子達到離原子核較遠的另一個“質量幻數”，也可以從離原子核較遠的“質量幻數”位置“裂變”放出一個特定能量的光子從而回到離原子核較近的另一個“質量幻數”位置。
通常情況下，電子在原子中不同軌道上運動時，只能吸收特定質量（頻率）的光子，因為處於原子核靜電引力束縛狀態的電子是處於“飢餓狀態”的，它當然有可能吸收光子，但是當電子和光子的結合力不足以抵禦原子核靜電引力撕扯作用時電子就會“裂變”放出光子減小質量，此時由於電子“裂變”放出光子後處於“質量幻數”位置，內部結合力足夠大可以抵禦原子核靜電引力撕扯作用，電子就會穩定下來。但是，如果某一光子能量大於電子電離所需要的能量，則電子會吸收這個光子而成為遊離態的自由電子，此時由於沒有原子核靜電引力撕扯作用，則電子就不會繼續“裂變”了，從而表現為電子完全吸收了光子。這一點也是光電效應和原子光譜問題的不同之處。
不同光子在同一介質中平均傳播速度不同的微觀原因。
對於處於原子核靜電引力束縛狀態下的電子而言，它是處於“飢餓狀態”的、故結合光子的能力較強，當光子與電子相遇後形成一個混合體，此時電子既可能受到遠離原子核的擾動作用也可能受到指向（靠近）原子核的擾動作用，光子的能量越大對電子的擾動作用越明顯、從而使電子在原子內的位移量也就越大，由此造成光子和原子的相互作用時間也越長。舉一個不恰當的例子，假設電子在離原子核500個長度單位的軌道上繞原子核運動，某一時刻電子與能量是80個能量單位的光子相遇，如果光子對電子的擾動作用是指向原子核的，則電子就會在這個作用下開始靠近原子核最終電子運動到離核460個長度單位的軌道上（可以簡單理解為電子向著原子核移動了40個長度單位），此時由於原子核和電子之間距離的減小導致靜電引力迅速增大，其對電子的撕扯作用迅速增強並且大於電子內部的凝聚力，電子為了捨車保帥就會“裂變”重新放出光子80個能量單位的光子並獲得反衝重新回到離核較遠的穩定軌道上，從而並避免了被原子核靜電引力拉入原子核的悲慘命運。若同樣的電子與150個能量單位的光子相遇，並且光子對電子的擾動作用同樣是指向原子核的，則電子靠近原子核的徑向位移量就也可能是90個長度單位，電子運動到這裡時由於迅速增大的原子核靜電引力撕扯作用大於電子內部結合力，電子就會在這裡“裂變”重新放出光子。這裡我們看到，80個能量單位的光子造成電子位移量為40個長度單位而150個能量單位的光子造成電子位移量為90個長度單位，顯然能量越大的光子和電子的作用時間越長，也就是說能量越大的光子和介質中原子的作用時間越長，於是在宏觀中就表現為能量越大的光子在介質中的
平均傳播速度
越小。如紅光在介質中的傳播速度就大於紫光的傳播速度。
還應該看到的是，光子的傳播速度是Ｃ，當
光子沒有與介質中的原子碰撞時是沿著直線行進的
，
而光子與原子中的電子結合後新形成的電子是沿著螺旋線靠近原子核的，
光子和電子結合後的運動速度是電子的運動速度，這個速度小於光速，當這個新形成的電子距離原子核足夠近時，原子核靜電引力撕扯作用就會使電子發生形變進而“裂變”放出光子，於是放出的光子繼續沿著直線前進直到遇到下一個電子。無論光子在真空中還是介質中的傳播速度始終是Ｃ，我們不能改變光子在真空中和介質中的傳播速度，但是我們可以控制光子和原子中的電子作用時間。
（四）不同介質的折射率隨溫度不同而變化的原因
。由於處於原子中的電子質量不是一成不變而是時刻變化的，當介質的溫度升高時，
電子運動到離原子核更遠地方的機率也越大、電子質量也相應增大，此時電子結合光子的能力將減弱，由於電子和光子之間的結合力變小，所以電子和光子的結合體向原子核徑向移動更小的距離就會發生“裂變”放出光子，造成光子在原子內部停留時間變短，光子在原子內部停留時間變短造成光子在介質中的傳播速度增大，由此很多人就誤以為介質的折射率“變小”了，感興趣的朋友可以私信我，詳細分析這裡略去。
（五）光子形成明暗相間條紋的兩種情形
根據光子與物質作用的不同形式，其在兩種情況下可以形成明暗相間的條紋。一種情形是光子與比其質量小的物質作用形成明暗相間的條紋，另一種是光子與比其質量大的物質作用形成明暗相間的條紋，這兩種作用性質不同，但是都能夠形成明暗相間的條紋。
第一種情形是光子在引力作用下可以形成明暗相間的條紋。
我們認為，光子不能單個引力子但可以同時吸收若干個引力子，由此當質量不同的光子吸收了相同數量的引力子以後，總是質量較大（能量較大）的光子偏轉角度小而質量較小（能量較小）的光子偏轉角度大，所以不同色光透過相同的單縫形成的衍射和不同色光透過相同雙縫形成的干涉條紋中，總是紅光形成的條紋寬度大於紫光形成的條紋寬度。
光在引力作用下形成明暗相間的條紋時，這種情況下影響光子運動的物質（引力子）質量比光子質量小，其對光子作用的特點是光子質量越大受到的影響越小、光子質量越小受到的影響越大，由此造成在相同的引力作用下不同質量的光子偏轉程度不同，質量大的光子偏轉量小而質量小的光子偏轉量大，比如紅光形成的條紋寬度比紫光形成的條紋寬度大。
中央亮紋的形成。
如圖，當一束鐳射經過寬度為a的窄縫時必然會受到縫的引力作用，為方便起見我們把窄縫引力影響區域簡化為1265矩形區域。一般情況下，窄縫引力影響區域可以平均分成合力向上區域和合力向下區域，窄縫中3421區域內引力合力向上、越靠近窄縫上底部引力越大；3465區域引力合力向下、越靠近窄縫下底部引力越大；窄縫中心線（34線）處的引力合力為零。大量光子經過窄縫後，大部分光子可能都沒有機會吸收足夠多的引力子而發生較大角度偏轉，這些光子雖然沒有吸收足夠多的引力子但仍然會受到多個引力子極小的衝量作用，在這個衝量作用下，經過3421區域（引力合力向上）的光子會以一個微小的角度向上偏轉，形成投射到螢幕上的efhg亮區（形成中央亮紋的上半部分）；經過3465區域的光子會以一個微小的角度向下偏轉，形成投射到螢幕上的ghji亮區（形成中央亮紋的下半部分），這樣所有經過窄縫引力影響區域而沒有吸收足夠數量引力子的光子最終投射在顯示屏上形成中央亮紋（efji亮區）。可見，螢幕上中央亮紋是經過窄縫後沒有吸收引力子的光子的集合。由於經過窄縫後沒有吸收引力子的光子往往佔絕大多數，這些光子經過窄縫後會投射到螢幕上形成中央亮紋，所以中央亮紋的亮度是最大的。
其它亮紋的形成。
因為中央亮紋兩側的亮紋是對稱分佈的，所以我們只需要集中精力討論任意一半就可以了，這裡我們討論中央亮紋以下各亮紋的形成。很顯然，中央亮紋以下第一亮紋是由經過3465區域吸收了“最小吸收基數”個引力子的光子偏轉投射在螢幕上形成的。假設經過窄縫的光子質量為100，而引力子的質量為0。001，由於質量為100的光子只有同時吸收至少1000個引力子才可能形成新的、能夠穩定存在的質量為101的新光子，並且由於新光子完全吸收了1000個引力子向下的衝量因而向下偏轉的角度較大，這個新光子會投射在螢幕上中央亮紋以下第一條亮紋區域內。若干個經過3465區域並且吸收了1000個引力子光子偏轉投射在螢幕上就形成第一條亮紋。
同樣，質量為100的光子還可能吸收“最小吸收基數”整數倍的引力子，也就是同時吸收2000個、3000個……n＊1000個引力子。光子吸收了2000個引力子則會投射在螢幕上形成第二條亮紋、吸收了3000個引力子則會形成第三條亮紋……螢幕上的第n條亮紋也是這樣形成的。一般有：中央亮紋處的光子質量＜第一亮紋處的光子質量＜第二亮紋處的光子質量……＜第n亮紋處的光子質量。同一亮紋處的光子質量相同、不同亮紋處的光子質量不同，光子在螢幕上的不同位置是由光子質量決定的而不是機率決定的。
第二種是光子經過反射後可以形成明暗相間的條紋
。在這種情況下影響光子運動的物質（介質原子中的電子）比光子質量大，其對光子作用的特點是光子質量越大受到的影響越大、光子質量越小受到的影響越小。
光子內部結構特徵
。我們認為：①光的本質是粒子，自然界中能夠穩定存在的光子質量是不連續的，光子的質量只能是最小質量的整數倍。②不同質量的光子有不同的內部結合力，一般而言光子質量越小內部結合力越大，光子質量越大內部結合力越小。③光子存在“臨界質量”，質量大於“臨界質量”的光子在自然界中是不穩定的，會在極短時間內“裂變”生成能夠穩定存在的質量較小的光子。
如果我們用橫座標表示光子的質量，用縱座標表示光子內部結合力，則我們同樣可以畫出光子質量結合力草圖。從圖中可以看到：質量較小的光子其內部結合力較大；光子可以吸收其它物質增大質量，比如光子可以吸收若干個引力子增大質量；與電子內部結合力類似，質量極大的光子由於內部結合力較小在與其它粒子作用時會被其它粒子“掠奪”一部分質量，比如在康普頓散射實驗中能量較高的X射線光子被物質散射後波長變長（能量變小，實際上是質量有損失），這個實驗從一定程度上證明了大質量的光子內部結合力較弱，會被其他粒子“掠奪”一部分質量。
根據光子的質量結合力草圖可以知道，質量越大（能量越大）的光子內部結合力越小，質量越小（能量越小）的光子內部結合力越大，所以不同能量的光子與原子中的電子碰撞後總是質量較大（能量較大）的光子損失的質量更大，也就是質量較大（能量較大）的光子偏轉量較大而質量較小（能量較小）的光子偏轉量較小，如自然光經過三稜鏡折射後紫光偏轉角度大於紅光偏轉角度。
1923年康普頓在研究X射線被較輕物質（石墨、石蠟等）散射時發現，散射譜線中除了有波長與原波長相同的成分外，還有波長較長的成分，其波長的改變數與散射角有關，而與入射光波長和散射物質都無關，這種散射現象稱為康普頓散射或康普頓效應。康普頓發現：散射光中除了和原波長相同的譜線外還有波長大於原波長的譜線；波長的改變數隨散射角的增大而增加；對於不同元素的散射物質，在同一散射角下，波長的改變數相同，散射光強度隨散射物原子序數的增加而減小。康普頓散射只有在入射光的波長與電子的康普頓波長相近時散射才顯著，這就是選用X射線觀察康普頓效應的原因，而當入射光是可見光或紫外光康普頓效應並不明顯。康普頓效應充分表明光子能量越大與電子碰撞時損失的能量也越大。
在
康普頓實驗中，如果我們把檢測系統換成一塊螢幕，則X射線經過散射後會在螢幕上形成明暗相間的干涉條紋，並且越靠近螢幕頂部X射線光子的能量就越小（波長越長）、越靠近螢幕底部X射線光子的能量就越大，充分說明
X射線衍射現象中到達不同條紋的光子質量是不同的。
第三種情形是光子經過折射後可以形成明暗相間的條紋。
這種情形與第二種情形類似。
光子與原子碰撞後可以形成明暗相間的條紋，這種現象很常見，比如光子透過菲涅耳雙稜鏡後可以形成明暗相間的條紋，光的反射、折射、劈尖干涉同樣可以形成明暗相間的條紋，甚至在延遲選擇實驗中也證明了光可以形成明暗相間的條紋，由於不是本節討論重點，具體分析這裡略去。
（六）微觀粒子間相互作用三大規律。
對於宏觀物理學來講，牛頓三大運動定律奠定了經典力學的基礎，為了研究微觀粒子之間的作用規律，我們可以把微觀粒子（原子核、電子、光子）間作用也總結概括為三大規律。
第一，微觀粒子間相互作用遵循能量守恆和動量守恆規律
。作為物質相互作用的基本規律，微觀粒子間的相互作用也遵循能量守恆和動量守恆規律，這一點可以在康普頓散射實驗、α粒子散射實驗、光電效應等多個實驗中得到驗證，到目前為止，我們還未發現一例違反上述守恆規律的例項，我們把這條規律簡稱為能量守恆規律。
第二，微觀粒子間相互作用遵循“弱肉強食”規律
。由於不同微粒內部結合力不同，兩種微粒相互作用時總是內部結合力大的微觀粒子會從內部結合力小的粒子“掠奪”一部分質量，我們稱之為“弱肉強食”規律。
第三，微觀粒子間能量交換是量子化的
。任何微粒間的能量交換都不是連續變化的，而是一份一份不連續進行的，每一種作用都有一個最小值（量子值）。我們稱之為量子化規律。
