光是人类了解最多，也是最让人迷惑的物质。一般的实物粒子，都能以不同的速度运动，而光子则无需加速过程，直接以光速运行，这是光子与实物粒子在运动特征上的最显著差异。至于光速不变，更是经典物理向现代物理过渡的重大转折。要想知道这背后的机理，就必须从光子的成分和结构入手，来揭示光子的这些奇异行为。

　　麦克斯韦方程组预言了电磁波的存在，并断言电磁波就是光。因此，揭示了电磁波结构，也就揭示了光子结构。电磁波方程来自麦克斯韦方程组，麦克斯韦方程组源于电磁感应定律。那么电磁波中的电场与磁场，是以怎样的形态而存在，至今并没有给出明确说法。这说明，仅依靠数学，并不能揭示自然规律。

　　A、电磁波是电场与磁场的相互感应，此也被称做电磁场涟漪。B、电磁波是加速电荷对自身电场的扰动。C、电荷围绕平衡位置振动，从而带动电场形成闭合的电场线，并辐射出去，电场再生成磁场，从而形成电磁波。

　　质疑：如果A正确，那么根据电波方程，如下图等号右侧的波源，此时即使自由电荷密度σ=0，只要电场变化率不为零，也会辐射电磁波，这显然是不成立的。B说法与拉莫尔公式导出的辐射阻尼力，不但理论上行不通，与实验值也远远不相符，所以也是错误的。C是目前最被认可的观点，但电荷的每个振动周期只能辐射一对旋向相反的闭合电场线，这与其辐射范围内各处皆可接收到完整的电磁波，显然不符，所以也是错误的。

　　上述三种说法的共同点就是，电场与磁场的相位，皆相差90度，这显然与电磁波方程的电场与磁场同相位，发生了冲突，此被称为电磁波的零点困难。

　　最可笑的是，上述三种电磁波说法，虽然相互间并不相容，但却出现在一本专著中。而根据传统电磁波理论得出的，场强与距离成反比的关系，别说成千上万公里的通信距离了，就是几十米的通信距离，也很难做到。可见，目前的电磁波理论，不但存在重大缺陷，而且还非常混乱，这还没把更复杂的光学部分包括在内。

　　当前通信业的快速发展，给人感觉电磁波理论已经非常完善了，其实那不过是实践对理论的一种超越，知其然不知所以然。那么，电磁波或光波中的电磁场，是以什么样的形态构成光子？它的激发或产生的具体机理又是什么？尤其是光的粒子性如何体现？如何才能完全符电磁波方程？这些都是传统电磁波理论无法解释的。这种场物质（电磁场）与实体物质（光子）的转换问题若得不到解决，将直接影响着物理理论的健康发展。

　　热辐射也是电磁波，温度越高，碰撞越强烈，辐射也越强。说明电磁波的形成，完全依赖于带电粒子碰撞形成的加减速变化。下面通过电磁波方程，推导电磁辐射与电粒子加速度的关系。

　　由波源表达式可以看出，见上图等号右侧，自由电荷在时变电场作用下的加减速变化，才是形成电磁波的前提条件。设单位体积波源的自由电荷数为n，则电荷密度σ=nq，质量密度ρ=nm。根据牛顿第二定律，Eq=ma，将这三个式子代入电磁波方程右侧，则可整理为：

　　由上图可以看出，波源中自由电荷加速度的变化率，才是激发电磁波的前提条件，加速度恒定的电荷，不能辐射出电磁波。这同质点的加速度恒定时，不会形成机械波的道理类同。若考虑电荷的惯性，其形式保持不变。圆周运动的电荷，也存在加速度变化率，所以也会形成辐射，被称为同步辐射。

　　光是电磁波，电磁波结构，就是光波结构，电磁波的最小单元，就是光子。当电荷均加速运动时，将产生反抗电荷运动的恒定自感电场，见下图或上篇文章。当撤去使电荷加速的外力时，根据惯性定律，电荷立刻以既有速度匀速运行，即自感电场不会对本电荷（产生自感电场的电荷）有任何形式的做功。根据场的独立性原理和能量守恒定律，则自感电场不会自行消失。那么唯一的可能就是，自感电场将脱离本电荷，而成为独立存在的涡旋电场。这个独立的涡旋电场，只能是光子。

　　由上述可知，电磁辐射一定是量子化的，光子在诞生之前，就是环形涡旋电场。因为光子的电场是闭合的，所以光子不受开放电场的作用，符合实验观测。当然，光子的成分结构，也决定了光子不会受引力的作用，这也完全符合第六章内容。

　　由于谐振动电荷的加速度随相位不断变化，则电荷在不同相位处辐射的光子能量也不同。下图为时变电场作用下辐射出的电磁波结构示意图，其中，①为波源内自由电荷随时变电场振动的图像。②为与①相对应的电磁波结构，其中每个圆圈代表一个光子，圆圈线越粗，表示光子能量越大。③为原子由高能级跃迁到低能级时，辐射出的单色光结构。

　　再看光子的磁场，根据惯性的形成机理（见上篇文章），脱离本电荷束缚的环形电场不存在引力惯性和电荷惯性，而只存在运动惯性，所以其将直接以最大速度运行。由于尺缩效应，这个环形电场将尺缩为自然界中的最小圆，这也相当于形成了麦克斯韦假设的位移电流，从而形成偶极子形式的磁场。可知，光子就是一个小磁体。

　　由以上可以看出，电磁波是不同能量光子的有序排列。经分析，这样的电磁波，无论是电场形态还是磁场形态，都完全符合电磁波方程对电场和磁场的要求。而传统的电磁波结构，是简化后的平面电磁波方程的特解，是缺失内容的电磁波，其根本无法解释光的粒子性。

　　由惯性的形成机理可知（见上篇文章），假如物质无惯性，那么物质稍受扰动，便可运行至无穷远，既无加速过程，也不消耗时间。但是，根据能量不能突变原理，光子的电场势能在向磁场能的转化过程中，必会消耗一定的时间。可见，光子的运动，因为占用了一定的时间，而形成速度。

　　由于所有光子的环形电场的尺度，都是最小极限尺度，所以光子的运行速度，必须恒定。

　　由于光子为一环形电场，则光子运动形成的尺缩，必为圆环的最小极限，即光子存在最小极限尺度。由于光子最小极限尺度的存在，所以光子只能以光速运行，而不能无限大。

　　根据相对性原理，任一惯性系中的原长和原时，都是相同的。无论光子产于哪个惯性系，其相对于任一惯性系中的观察者而言，光子运行所耗费的时间和所经过的空间尺度都是相同的，这便是光速不变原理的成因。就是说，仅有运动惯性而无引力惯性和电荷惯性的物质，其速度必为常数或光速。pg电子模拟器试玩在线