7.1. 介质的传播极限

波在任何物理介质中传播时，都存在幅度极限和频率极限。

7.1.1. 空气中的传播极限

A. 频率传播极限

空气中的声波，人类能够听到的频率范围一般为20–20000 Hz，称为可闻声，低于20 Hz的波称为次声波，高于20000 Hz称为超声波。声波是空气分子振动所产生的能量，因此，空气中的声波不存在频率下限，也就是说，只要物体在空气中振动，就会产生声波。但空气对声波的传播存在频率上限，其原因主要是由两个因素造成的：

一是声波的吸收衰减。空气对声波的吸收衰减主要是由介质的粘滞性及弹性滞后等因素造成的，在空气中，声波的吸收衰减与频率的平方成正比，例如：如果1 kHz的声波在空气中的衰减为1，则1 MHz的声波在相同条件下的衰减就是1000000。其粘滞性主要是由范德华力引起的，弹性滞后主要是由于分子间的碰撞不是完全弹性。目前能够利用RF技术测量到的最高频率的超声波，大概在50 MHz，超过这个数字，超声波就无法测量了。

二是分子间的距离。在标准状态下，空气分子每立方米的个数为2.69×10²⁵个，可以计算出分子间的平均距离为3.3 nm，本文认为：波在空气中的截止波长应该不小于分子间平均距离的2倍，也就是最高频率为5×10¹⁰ Hz。但传统认为：最小波长应该不小于空气分子平均自由程的2倍，空气分子自由程为69 nm，其对应的频率为2.5×10⁹ Hz。但是，这种两种理论都无法在实验上进行验证，因为空气中的声波，当频率大于50 MHz时就无法实验了（波的能量都被空气吸收了）。根据本文的理论，氦气应该是吸收衰减最低的气体（氦气是所有气体中最难液化的，也就是范德华力最小的），估计可达到200 MHz，在自然界中，宏观物体最高的振动频率是晶体，其频率最高可做到300M左右，但振动所输出的能量太小。

B. 幅度传播极限

声音必须要依靠介质传播，这就导致它会有一个幅度的极值。波在介质中的能量即可用平均能量密度表示：，它指的是介质的动能和位能之和（ρ表示介质的密度，p表示压强的变化量，u表示体积元的速度，c表示波速），也可用平均能流密度表示：，它指的是单位面积能量传输的速率，两者的关系为：，本文中用平均能流密度表示，其单位是瓦/米²。

空气中粒子振动得越强烈，声音的能流密度越高。在地球表面，在标准状态下，由于空气的最大压强变化量为101325帕，密度为1.29 kg/m³，波速为331 m/s，可以计算出空气中的最大能流密度为2.49×10⁷瓦。在日常生活中，人们常用空气压强的变化量来表示声音的大小，由于规定当空气的压强变化量为2×10^-5 Pa时为0分贝，可以计算出当空气的最大压强变化量为101325帕时，换算成分贝后所对应的就是194分贝，所以，标准空气压强下，如果声音超过194分贝，声波就不能在空气中正常传播了。

C. 冲击波

冲击波是指爆炸瞬间形成的高温猛烈向外膨胀、压缩周围空气形成的高压气浪，也称为激波。它以超音速向四周传播，随距离的增加，传播速度逐渐减慢，压力逐渐减小最后变成声波。

如果不考虑以太的作用，声音在真空中是无法传播的，所以194分贝就是空气中声音的上限，当空气中的声音超过这个极限时，就会从声波变为冲击波。这种冲击波主要是因为能量将空气向外推开，在推开的过程中，其中心的部分会形成真空。

D. 孤立波

孤立波也称为罗素水波，英国科学家罗素观察到一只运行的木船船头挤出一堆水来，当船突然停下时，这堆水竟保持着它的形状，以每小时大约13千米的速度往前传播，他把这团奇特的运动着的水堆称为“孤立波”。

长期以来，科学界一直认为空气中不存在孤立波。由于空气中的声速相对独立于频率，当强声波在空气中传播时，通常会演变成冲击波，这是因为在声压较高的地方，声波的传播速度会变快。因此，非线性声波在空气中的稳定传播被认为是不可能的。但是，1999年日本大阪大学的物理学家杉本信夫已经证明了空气中第一个声孤立波，这种波可以长距离传播而不改变形状，他认为非线性作用可以促使空间规整性结构的形成和维持。这也解释了为什么意大利男高音歌唱家恩里科·卡鲁索曾在十万人广场歌唱，他不用麦克风，但所有的观众都能听得清清楚楚的原因。

声孤立波的发现具有重大意义，声波可以以孤子的形式传播，其波形和速度具有极大的稳定性，所以完全可以把孤波当作刚性粒子看待，也就是说，空气中相对独立于频率的声速变成为依赖于频率的声速，从而使脉冲波形保持不变，即非线性声波不演化为冲击波，而是演化为声孤立波，它可以不失真稳定地远距离传播，从此改变了大振幅声波在传播过程中必定发生畸变乃至形成激波的传统观念（部分摘自马金龙的微博：歌声中的孤立波）。

7.1.2. 以太中的传播极限

A. 频率传播极限

与空气中的声波一样，以太中的电磁波也存在频率极限，人类能够看到的频率范围一般为380–750 THz，称为可见光，低于380 THz的波称为红外线（更低时称为无线电波），高于750 THz称为紫外线（更高时称为X射线）。与空气相似，以太中也同样不存在频率下限，但存在频率上限，其原因主要是由以太粒子间的距离引起的，以太对波的吸收衰减可以忽略不计，因为以太粒子间没有作用力（引力可忽略），这也是为什么空气可以被加热而以太很难被加热的原因。

在地球附近的真空中，以太粒子每立方米的个数为1.8×10³³个，可以计算出粒子间的平均距离为8.2 pm，如果按照波在介质中的截止波长不小于粒子间平均距离的2倍，可以得出：以太中波的最高频率为1.87×10¹⁹ Hz。如果认为最小波长应该不小于粒子平均自由程的2倍，由于以太的静态压强p= 6.78×10¹⁰ Pa，以太粒子的直径为d= 8.74×10^-20 m，以太温度为T= 2.73 K，则根据，（其中k是玻尔兹曼常数），可以求出以太粒子的自由程为16 km，其对应的频率为18 k Hz。很显然，按照波在介质中的截止波长不小于粒子间平均距离的2倍，与实际情况相符合。因此，可以定义：以太中的最小截止波长为10 pm，对应的最高频率为3×10¹⁹ Hz，与X射线的最高频率相对应（X射线的频率范围为：3×10¹⁶–3×10¹⁹ Hz）。

可以看出：以太与理想气体的性质非常相似：

1. 粒子体积与气体粒子之间的平均距离相比可以忽略不计（以太粒子的直径比粒子之间的平均距离小1亿倍）；
2. 粒子之间没有相互作用力（以太粒子间没有范德华力），不计粒子势能；
3. 粒子之间及粒子与器壁之间发生的碰撞不造成动能损失（以太粒子的密度很大，可以认为是完全弹性碰撞）；

4. 在容器中，在未碰撞时考虑为作匀速运动，气体粒子碰撞时发生速度交换，无动能损失；

5. 气体的内能是粒子动能之和。

B. 幅度传播极限

光与声音一样，也必须要依靠介质传播，也会有一个幅度的极值。光在介质中的能量与声音的表示方法相同，即可用平均能量密度表示：，它指的也是介质的动能和位能之和（μ表示以太的密度，E表示以太压强的变化量，H表示以太体积元的速度，c表示波速），也可用平均能流密度表示：，它指的也是单位面积能量传输的速率。与声波一样，本文也用平均能流密度表示，其单位同样是瓦/米²。

以太中粒子振动得越强烈，光的能流密度越高。在地球表面，由于以太的最大压强变化量为6.78×10¹⁰ Pa，密度为1.26×10^-6 kg/m³，波速为3×10⁸ m/s，可以计算出以太中的最大能流密度为1.22×10¹⁹瓦/米²，这也是激光所能达到的最高能量。在地球轨道上，太阳光的能流密度为1350 w/m²，可以计算出以太的压强变化量为714 Pa。在太阳的表面，其能流密度为1.34×10¹⁰ w/m²，可以算出以太的压强变化量为2.25×10⁶ Pa。

与声音一样，光的强度也可以用以太的压强变化量表示，如果规定以太的压强变化量为2×10^-5 Pa时为0分贝，可以计算出当以太的最大压强变化量为6.78×10¹⁰帕时，换算成分贝后所对应的就是311分贝，也就是说，如果光的强度超过311分贝，光就不能在以太中正常传播了。在地球轨道上，太阳常数为1350 w/m²，以太的压强变化量是714 Pa，如果用分贝表示就是151 dB，在太阳表面，其分贝数为221 dB。

可以看出：以太传播能量的能力比空气大11个数量级。

C. 冲击波

在以太中，同样存在冲击波，宇宙中的超新星爆炸、中子星相撞等极端事件都可以产生冲击波，以太中的冲击波与空气中的冲击波一样，都是指爆炸瞬间形成的介质猛烈向外膨胀并压缩周围气体形成的高压气浪，它以超光速向四周传播，随距离的增加，传播速度逐渐减慢，压力逐渐减小最后变成光波。

光在真正的真空中也是无法传播的，所以311分贝就是以太中光的上限，当光的辐度超过这个极限时，就会从光波变为冲击波。这种冲击波主要是因为能量将以太向外推开，在推开的过程中，其中心的部分会形成真正的真空。

D. 孤立波

孤立波在以太介质中也能够存在，部分高能X射线就是以太中的孤立波，它是由激波演化而来的，它比一般的X射线传播的更远。

7.2. 中性粒子

7.2.1. 正负电子对

A. 正负电子对的定义

本文定义：正负电子对是正电子与电子组成的一种稳定的粒子，其静止质量为1.82×10^-30 kg。当两个电子靠近时没有结合成稳定的粒子前，称为电子偶素，它是一个电子与一个正电子组成的亚稳定的束缚态，其符号是Ps，最早由麻省理工学院物理学家Martin Deutsch在1951年发现，该系统并不稳定，会很快结合成一个稳定的粒子——正负电子对。当两个电子结合在一起时，会释放电场能，并产生非线性波（不是γ射线，而是高能X射线），但两个电子并不会消失，而是合并成一个粒子，我们把这种合并过程称为“湮灭”是不正确的，因为电子是物质，而物质是不能被消灭的，目前的技术水平还无法探测到静止的正负电子对。

B. 正负电子对的形成过程

正负电子对是电子与正电子合并产生的，电子在合并过程中所产生的电磁波并不单一频率的波，而是频率逐渐增大，辐射越来越强的脉冲，其频率的大小与合并时的运动状态有关。如果电子是在静态下合并，电子将会迎头相撞，合并过程是短暂的，当电子相撞时，会发出一个非线性波，其传播方向与撞击时的方向一致，但这种几率较小。如果合并时电子存在运动速度，则两个电子将会作椭圆运动，在这个过程中，有一个暂稳态（其轨道角动量为ℏ），也就是常说的电子偶素，这个过程大概有150 ns，在这个过程中，也发射电波，但很微弱，所发出的电磁波的频率就是电子偶素的轨道频率，其方向就是电子运动的切线方向，其强度与电子的急动度成正比。

在电子偶素过程结束后，就进入电子合并的过程，它与两个等质量黑洞的合并过程类似——互绕的频率越来越高，辐射也越来越强，直到相撞在一起，在碰撞过程中所产生的振动，能激发非线性波。黑洞合并释放的是引力势能，而电子合并释放的是电场势能，黑洞在碰撞过程中产生的非线性波，最后变成了高能X射线（引力波是在互绕过程中形成的，与电子偶素相类似），电子在碰撞过程中产生的冲击波也变成了高能X射线。同样，黑洞在合并过程中不会消失，而是融合成为一个质量更大的黑洞，正负电子在合并过程中也不会消失，形成的是正负电子对，它是两个电子的组合而不是融合，两个电子仍然保持各自的性质。

C. 正负电子对的性质

目前，我们还无法检测出静态下的正负电子对，也就是说，我们还发现不了静态的正负电子对，它是一种“不可见”的物质，因为它是电中性的，只有运动状态下的正负电子对才能通过与其他粒子的碰撞检测出来。在标准粒子物理模型理论的束缚下，我们就认为运动速度低的正负电子对是中微子，运动速度高的电子对为γ射线。

正负电子对具有一定的结合能，但它在一定的条件下会分裂成正电子和负电子，例如：与其他粒子高速碰撞时，在超强电场或磁场中高速运动时，都能产生分裂，这也是为什么真空中可以凭“空”产生正负电子的原因。

正负电子对具有超强的穿透能力，其穿透距离与物质的密度有关，也与自身的能量有关，高能电子对或许能够穿透地球。

在宇宙中，存在大量稳定的正负电子对，它可以存在于宇宙中的任何地方，甚至可以存在于原子核之中。

7.2.2. 正反质子对

本文定义正反质子对是由质子与反质子组成的一种稳定的粒子，其静止质量为3.34×10^-27 kg。当两个质子靠近时没有结合成稳定的粒子前，称为质子偶素（质子偶素是2019年公布的物理学名词），正反质子对理论上应该是存在的（但实验上还没有发现）。

正反质子对的物理性质应该与正负电子对相似，只是质量较大，但数量要比正负电子对少很多。

7.2.3. 中子

本文认为：基本粒子只有三类：正负电子、正反质子及以太粒子，宇宙中所有的物质应该是由这三类粒子组成的，不稳定的粒子不能称为基本粒子。中子也不例外，它很可能是由质子与电子组成的复合体，而且原子核也很可能是由电子和质子组成的复合体，质子是依靠电子粘接起来的，原子核内只存在电磁力，并不存在强和弱相互作用，也就是说，原子核内并不存在中子，也不存在核力。

本文认为：中子是电子坠落在质子表面形成的复合粒子，但它并不稳定，其原因是质子的自旋，电子坠落在质子表面后，跟随着质子一起旋转。由于电子的静止质量为9.10938188×10^-31kg、质子自旋时的质量为1.67262158×10^-27 kg，中子的静止质量为1.674927211×10^-27 kg。可以算出：电子的运动质量为2.3056×10^-30 kg（中子与质子的质量相减），根据相对论，可以得出：电子的运动速度为2.75×10⁸ m/s（相当于光速的0.92倍）。假设电子所受的电磁力与离心力相等：，可以计算出电子与质子的质量中心距离为1.32×10^-15 m，这个距离是两者间的最大距离，如果电子所受的电磁力大于离心力，质子的表面将产生一定的压力，如果电子所受的电磁力小于离心力，电子将飞出，中子也就不存在了。

从中子的磁矩可以计算出质子与电子间的电场中心距离：由于质子的自旋磁距为1.41×10^-26 J/T，而中子的自旋磁矩为-9.66×10^-27 J/T，二者之差就是电子的轨道磁矩2.38×10^-26 J/T，由于已知电子的速度，可以求出二者的间距= 1.077×10^-15m，如果质子的半径为8.5×10^-16 m，则电子的半径为2.27×10^-16 m。上面的计算没有考虑电子的自旋，因为电子在质子的表面存在时很可能没有自旋（也就是说，电子只有在脱离质子表面后才存在自旋），而且电子的自旋磁矩可能不会大于质子，教科书中的电子自旋磁矩实际上是电子的轨道磁矩与自旋磁矩之和，施特恩-格拉赫的实验并不能说明电子的自旋磁矩等于玻尔磁子，更不能判定电子的轨道磁矩为0。

中子的衰变很可能与以太有关，因为以太的波动能够引起电子在质子表面的振动，一旦电子的振动量超过2.5×10^-17 m，电子就会脱离质子表面飞出去。

夸克模型已得到学界主流的承认：中子和质子都是由夸克和胶子组成的。但是，我们从来也没有发现过夸克和胶子，特别是中子衰变时能产生质子和电子，难道电子能够无中生有？能够束缚住核子的核力是什么力？它是怎样产生的？因此，这种理论是存在问题的，但本文的假设能够解释中子衰变时能产生质子和电子，能够解释核力的形成。如果中子真的是质子与电子组成的，那么，原子核中也就没有中子存在的必要了，核力这种奇怪的作用力也可得到合理的解释，

例如，一个电子就可以把三个质子束缚在一起，它就是氦3，如图7-1所示。

图7-1. 原子核中质子与电子的结合方式

假设质子与电子都是球体，而且电荷的分布都可以等效到质心，由于质子与电子的带电量相等，可以计算出电子对任何一个质子产生的引力（假设为1）大于另外两个质子产生的斥力的矢量和（合力为0.58），因此，原子核是稳定的。

7.2.4. 中微子

首先，到目前为止，中微子还只是一个猜测，我们无法直接发现它，但可以确定的是：它是一种中性粒子。

中微子的发现绕不开一段历史：在19世纪末，科学家们发现铀的衰变之后，就开始关注原子核的衰变过程。刚开始，原子核的衰变过程被认为是一个原子核衰变成另一个电荷+1的原子核并放出一个电子，根据能动量守恒，这个放出来的电子的能谱一定是不连续的。但1914年的测量结果表明衰变所放出电子的能谱是连续的，由此，Pauli提出了一个假说：存在一个非常轻、自旋为1/2的电中性粒子，在衰变过程中带走了一部分能量，导致了电子能谱是连续的，这个中性粒子就是现在所说的电子反中微子。

为什么电子的能谱是连续的就认为一定存在中微子呢？这是因为科学家们认为原子核衰变是不同核能态之间的跃迁，如果末态只有子原子核和电子的话，那么电子能谱应该是量子化的，即测量得到的电子能谱应该是离散的，而不是连续的！但是，一直到现在为止，我们并没有弄清原子核的衰变过程，核能态是什么？它与什么有关？它是如何跃迁的？因此，仅从原子的衰变就判定中微子的存在，是非常牵强的，实验所发现的中微子应该是由核反应产生的，与衰变关系不大。

本文定义：中微子是运动能量在124 keV之下的中性粒子（高于这个能量的中性粒子为伽马射线）。如果中性粒子是正负电子对，当它的运动速度小于光速的45%时就称为中微子。

物理学家们发现中微子依靠的是液体中的切伦科夫辐射和光电倍增管，但中性粒子在水中运动时是很难发光的，只有带电粒子超波速运动时，才能发出切伦科夫辐射，因此，只有中性粒子与带电粒子直接相撞时，才能发现中性粒子的存在，但中性粒子与带电粒子的直接相撞的机率很小，而且即使发现中性粒子的存在，我们也不能确定它是什么粒子。因此，物理学家们至今也没有搞清楚它是什么，甚至连它的质量都测不准。

本文认为，中微子与γ射线并没有本质的区别，我们所发现的很多的高能中微子实际上是γ射线，高能的γ射线也能深入到地下数千米，而且很多的矿物质衰变时都能产生γ射线。

7.3. x射线

7.3.1. X射线的定义

X射线与γ射线不同，X射线不是粒子流，而是以太中的波，可以用波的形式定义。本文对X射线的定义为：波长为10^-9 –10^-11 m的电磁波。

7.3.2. X射线的产生

1895年，伦琴向维尔兹堡物理和医学学会递交了《一种新射线——初步报告》，伦琴在他的报告中把这一新射线称为X射线，X射线与可见光一样，具有衍射、偏振、反射、折射等现象。

主流认为：X射线的产生原理是用加速后的电子撞击金属靶，在撞击过程中电子突然减速，其损失的动能，以光子形式放出，形成X光光谱连续部分。实际上，X射线的产生途径是电子的韧制辐射，也就是说，X射线是在电子的转弯过程中产生的，如图7-2所示。电子在产生X射线的过程中，速度变化较少，电子经过原子核附近时，产生的辐射是一个个的脉冲，并不是连续的波（单个电子产生的是脉冲，但电子流产生的连续脉冲可视为连续的波），脉冲的能量与电子的急动度成正比，其原理与自由电子激光器相似。电子的急动度与电子的速度v及电子与原子核的最小距离r有关，速度v越大，X射线的能量越大，距离r越小，能量也越大，但即使是电子的能量完全相同，所产生的X射线谱也是连续的，因为电子的轨迹是波动的，r是随机的。

图7-2. X射线的产生过程

7.3.3. X射线的截止波长

虽然电子撞击金属靶时也会出现突然减速的现象，但这种几率很小，只有电子与原子中的电子直接相撞的情况下才会出现，在这种情况下，所产生的X射线的波长可表示为，其中U是阳极板上的电压，这个波长称为X射线的截止波长。例如，当极板上的电压为50 kV时，其截止波长在理论上为0.24 Å ，如图7-3所示，虽然它所辐射的单个脉冲的能量比较大的，但几率太小。当电子的能量一定时，所产生的X射线能量谱与黑体辐射谱具有很大的相似性，其原因是：电子经过原子核附近时，其垂直距离是随机的，但是，当距离较大时，电子所产生的辐射小，但偏转也较小，而且电子还会经过第二、第三、第N个原子核，直到被原子核大幅偏转或俘获，从统计上看，总有某个波长的强度是最大的。

图7-3. 金属钨为阳极时所产生的X射线强度与波长的关系（图片来源于网络）

7.3.4. X射线的最小截止波长

当电子的能量一定时，电子所产生的X射线总会有一个截止波长，当电子的能量逐渐升高时，其截止波长会逐渐减少，但当电子的能量达到一定数值时，X射线的波长不在减小，而是固定于某一个值，如图7-4所示，这个值不会随着电子的能量增大而改变，也不会随着靶材料的改变而改变，它就是X射线的最小截止波长。

图7-4. 射线的最小截止波长（图片来源于网络）

为什么X射线会存在最小截止波长呢？目前科学界并没有明确的答案，本文的回答是：以太的传播能力存在一个波长的下限，这是由以太粒子间的平均距离决定的，其理论值为16.4 pm（以太粒子平均距离的2倍），只有当波长达到理论值的3倍以上时，以太才能达到正常的传播水平。

7.3.5. X射线的特征谱

如图7-5所示，是用金属铑作为阳极时的X射线谱，在平滑的谱线上突出了两个峰，其波长分别是54.5 pm和61.5 pm，这就是金属铑的X射线特征谱，分别称为K_β和K_α。

图7-5.铑靶的X射线特征谱（图片来源于磐石中的咂密）

这两个峰是如何形成的呢？主流认为：高速电子将原子中的K层电子打飞，内层形成空穴，L层电子跃迁到K层时释放多余的势能并以X射线形式释放，所发出的电磁辐射谱线就是标识谱。

但是，跃迁理论的解释是非常牵强的，因为它无法描述电子是如何跃迁的，是如何发射光子的。本文认为：特征谱的形成是共振引起的，当电子经过原子核附近时，如果电子的速度和距离恰好满足，电子在原子核附近就会形成共振，也就是说，电子在原子核附近的运动轨迹是椭圆，这个电子可以持续不断地发射电磁波，发射的时间取决于暂稳态的长度（如果不是椭圆，电子经过原子核附近时只能发射一次脉冲），其频率等于电子的轨道频率，这才是X特征谱形成的真正原因，K_β和K_α的形成原因与氢原子的H_β和H_α相似。

7.3.6. 高能X射线

正常情况下，由于高频电波在以太中的传播最小波长，理论上为16.4 pm，根据能量公式，X射线的最高能量为72.93 keV，大于这个能量的X射线很难在以太中正常传播。但是，大于这能量的X射线是存在的，为什么呢？因为在以太中也存在非线性波。

高能X射线的产生条件比较苛刻，需要在以太中产生非线性波（强压缩波），也就是说，粒子必须强烈地振动才能产生，与空气中产生激波的情况类似，例如，在地球上，当电子与正电子直接相撞，或者核反应时都能产生高能X射线，在宇宙中，新星或超新星爆炸等极端事件都可以产生大量的高能X射线。

与空气中的声波一样，以太中同样存在非线性波和孤子波，但它能量与频率关系不在是线性的，能量公式也在这里失效。

7.4. γ射线

7.4.1. γ射线的定义

本文认为，γ射线不是电磁波，对γ射线的定义为：运动能量大于124 keV的中性粒子流。运动能量可表示为：，其中，M表示粒子的运动质量（也就是相对论质量：），m表示粒子的静止质量，c是真空中的光速，中性粒子包括正负电子对、正反质子对及中子等。

之所以如此定义γ射线，是因为本文认为以太中的最小波长为10 pm，也就是最大频率为3×10¹⁹ Hz，根据，这时波的能量恰好是124 keV，如果超过这个能量，波在以太中就无法正常传播，也就是说，能量超过124 keV的运动，或者是非线性波，或者是粒子。如果中性粒子是正负电子对，则当粒子的运动速度大于1.36×10⁸ m/s（光速的0.45倍）时，我们就称之为γ射线。

7.4.2. γ射线的性质

光是波是粒的问题已经争论了几个世纪，这是一个物理学中最基本的问题，光必然是其中的一种，不可能既是波又是粒子，我们不能掩耳盗铃、自欺欺人。之所以会出现这样的问题，是因为高频波具有粒子性，而粒子在以太中运动时又具有波动性。但是，波与粒子在物理学中具有严格的区别，是两种完全不同性质的物理现象。波的传播速度是恒定的（冲击波除外），它只与介质的性质有关，而粒子的速度是不可能恒定的。但是，对于带电的粒子，我们可以测量它的轨迹和速度，而对于中性粒子，我们却很难测定它的速度（但可以测定它的能量），因为中性粒子只能通过与带电粒子的碰撞才能确定它的存在，一旦中性粒子与带电粒子碰撞后，就很难发现它的轨迹，从而也无法确定它的速度。如果中性粒子不与其他粒子碰撞，我们就很难确定它的存在。

为什么科学界认为γ射线是电磁波呢？其原因之一是γ射线能产生衍射，1914年，卢瑟福和他的同事安德拉德就通过晶体衍射实验，证实γ射线是一种电磁辐射。实际上，任何粒子在以太中运动时，都能产生波动，其波动的频率为，这也是科学界承认波粒二象性的主要因素。原因之二是γ射线的速度很难测量，γ射线首先是从原子核的衰变中发现的，通过实验可以测量出射线的能量，几种常见的核素衰变所放出的能量如表7-1所示，对于β衰变能够测出电子或正电子的速度，但对于γ衰变，要测量其速度却比较困难，许多的γ射线能量都大于1 MeV，如果γ射线是正负电子对，其速度也接近光速。

表7-1.几种元素的放射线能量

7.4.3. 与X射线的区别

根据本文的定义，X与γ射线具有本质的区别，X射线是以太中的波，定义其波长大于10 pm，而γ射线是粒子流，一般的γ射线是高速运动的正负电子对（宇宙射线中的高能γ射线可能是由正反质子对组成的粒子流）。X与γ射线的性质主要区别如下：

1. γ射线是中性高速粒子流，而X射线是以太中的波；
2. γ射线在介质中运动时可以超过波的速度，而X射线则不能；
3. γ射线在强电场中运动时能产生正负电子对，而X射线则不能；
4. γ射线能发生光致核反应，而X射线则不能；
5. γ射线与物质的作用是“点”，而X射线是“面”，高能X射线可以产生簇射。

X与γ射线也存在许多的相似性：

1. 都存在衍射现象；
2. 都与电磁场无关；
3. 都有较大的能量；
4. 都有较强的穿透能力；
5. 都具有光电效应和康普顿效应，也就是说，二者都具有粒子性。

由于我们无法直接探测到中性粒子，因此很容易混淆高能X射线和γ射线，二者确实有太多的相似性，之所以难以区分高能X射线和γ射线，是因为高能X射线具有明显的粒子性，而γ射线具有波动性，而且两种射线往往同时出现。我们只能通过与带电粒子的碰撞探测出射线的能量，而无法区分出射线的性质。

当高能X射线与γ射线的能量相同时，二者还是有所区别的，例如，在空气中传播时，由于高能X射线是波，它较容易与原子作用，能够在空气中形成簇射，这个过程也称为散射，因此，它很难达到地面，而γ射线是中性粒子，很少与空气中的粒子发生作用，因此，它的穿透能力很强，不会发生簇射，也很容易逃过人们的监测，但当它与原子核偶尔相撞时，可以分裂成电子和正电子。γ射线的穿透能力比X大很多，例如，γ射线能穿透银河系中心的尘埃到达我们的太阳系，而X射线却不能。

7.5. 宇宙射线的加速机制及极限

7.5.1. 宇宙射线的定义

本文定义宇宙射线为：高速粒子流及高能X射线。粒子流包括带电粒子流与中性粒子流，带电粒子指的是正反质子、正负电子、原子核等，中性粒子指正负电子对、正反质子对等，高能X射线指的是以太中的孤立波。在所有的宇宙射线中，质子流占有绝大部分，依次是氦核、电子、X射线、正负电子对以及少量的高质子数原子核和正反质子对，正反质子对的数量极少而且不容易被发现。

7.5.2. 激波

A. 空气中的激波

空气中的激波是一种行波，它相对于流体的运动速度快于当地声速。激波是一种超波速流动，当气体受到强烈压缩后产生的强压缩波，也叫强间断面，这种间断称之为激波。在很多教材中，都会使用活塞在半无限长直管内的加速运动作为例子来说明激波形成的物理过程。

空气中的激波很常见，例如，鞭子在甩的过程中就会形成激波，因为鞭稍的运动速度可以大于波的传播速度，鞭炮燃放甚至气球破损时也能形成激波，当飞行器以超音速运行的过程中，都会形成很强的激波。我们平常说话的声音传播速度为340m/s，而激波则是以超音速来运动的。激波就是一种强压缩波，但强压缩扰动波可以看成是由许多微弱压缩波在一定条件下累积形成的。

激波可以使波中的物体产生运动，也就是说，激波可以对物体存在力的作用，例如，雷电产生的激波能产生很大的破坏作用，原子弹爆炸所产生的激波可以把房屋夷为平地。正常行进的波也可以对物体产生压力，称为辐射压，但激波对物体产生的压力要比正常的波大很多倍。

激波在传播过程中会逐转变为正常波，有时也能形成孤立波。

B. 以太中的激波

以太与空气具有非常相似的性质，以太中同样也能产生激波，例如，真空中的核爆炸、超新星爆发、黑洞碰撞、活动星系核等，都能在以太中产生强烈的激波。由于激波的强大压力，在激波前进的途中，所有的粒子将会被推向波的前进方向，与激波前进方向相同的粒子将会被加速。

7.5.3. 宇宙射线的加速过程

宇宙射线的起源列为本世纪11大未解科学难题之一，2021年11月，诺贝尔物理学奖得主丁肇中在第三届世界科技与发展论坛上表示，他领导的国际空间站阿尔法磁谱仪(AMS)实验所收集的宇宙线数据，其物理结果都与现有理论不符。

之所以把宇宙线的起源列为未解科学难题，关键是不知道宇宙线是如何被加速的。最流行的是激波加速理论，但这个理论最致命的缺陷就是介质问题，因为激波必须存在于介质之中，如果不承认以太的存在，介质在哪里？例如，超新星爆炸时，星体周围的气体也会四处逃逸，无法构成连续的介质，显然，激波也无法产生和传播。

如果承认以太的存在，超新星爆炸时，就能够在以太中产生激波，激波加速理论就能够自洽，宇宙线的起源也不会再成为未解的科学难题。

太阳也能产生高能射线，称为太阳宇宙射线，它是太阳耀斑产生和加速的，太阳耀斑是带正电的等离子体与带负电的等离子体相遇时产生的（太阳黑子其实就是涡旋的带电等离子体，其带电的正负可以通过黑子的极性及旋转方向判断），与地球上的雷电相似，太阳耀斑其实就是一个激波源，所产生的激波能够加速任何粒子，而不论粒子是否带电。需要指出的是：太阳耀斑所产生的激波是等离体中的激波，而不是以太中的激波。如果太阳本身发生爆炸，太阳表面的等离子体是无法产生或传播激波的，但以太之中可以产生和传播。

7.5.4. 宇宙射线的速度极限

以太中存在激波，意味着存在超光速现象，在地球上我们无法突破光障，并不代表这种现象不存在。实际上，在宇宙中我们已发现这个事实，只是我们不愿意承认，在巨大能量的作用下，超光速是可以想象的。

在地球附近，我们并没有发现任何粒子能够超越光速，也就是存在一个速度极限——GZK极限，它是以提出者Greisen、Zatsepin、Kuzmin三人姓氏之首字母为名的理论上限，描述的是源自远处的宇宙射线应有的理论上限值，其主要内容是：当宇宙射线能量超过5×10¹⁹电子伏特时，将会与宇宙背景光子发生作用，

其理论的核心实质上就是以太气体的影响。

7.6. 呼吁

在科学的历史上，很多著名的科学家承认以太的存在，也给出了许多的证据，在科学高度发达的今天，却否定以太的存在，但否定以太后出现了更多的问题。人们不知道光子是什么，却承认光子的存在，人们从没有发现过夸克，也承认它的存在，人们也没有发现过暗物质，但也承认它的存在，人们只是在对撞机上发现一点希格斯玻色子存在的迹象，就广泛承认希格斯机制，难道承认以太的存在就这么难吗？

如果不承认以太的存在，电磁波根本就无法解释，因为磁场是电场的运动效应，没有电场的存在和运动，磁场是不可能存在的。电场与磁场的关系确实可用麦克斯韦方程表示，但数学是不能代替物理过程的，磁场的变化确实与电场的变化存在一定的关系，但是，磁场是从哪里来的？实际上，磁场的变化是由电场的变化产生的，而不是变化的磁场产生了电场。在真空中，电场与磁场根本不可能存在相互交变，没有电荷就没有电场，没有电荷的运动就没有磁场。

如果不承认以太的存在，光子就更无法解释。首先是光子的产生，用电子的跃迁更像是神话，太阳的发光难道也是电子的跃迁吗？其次是光子的性质无法解释，为什么光子的速度是一个常数？为什么光子在不同介质的界面上存在速度的跃迁？为什么科学家们一直不知道光子是什么？

本文共分为七个章节，在每个章节中均有以太存在的证据，特别是光与声音的相似性，如果否定以太的存在，依靠现代的理论根本无法解释。因此，本文用微弱的呼吁作为全文的结束语：承认以太的存在，重视以太的研究！相信不久的将来，物理学必有重大的突破。

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