戴榕菁

上文《科学信仰和真理原则》【[1]】提到能量守恒对很多人来说是一种科学信仰但科学信仰应该服从真理原则。其实只要大家打破固有的思想束缚，本博客最近有关光能与多普勒效应之结合在现有科学体系内不符合能量守恒的内容并不难理解。凡具有中学物理知识的读者应该都能读懂。

下面以“Discord between Doppler Effect of Light and Photon Energy”【[2]】一文中提到的在两个做相对运动的镜面之间来回反射的光线之违背能量守恒一例用中学课本知识加以介绍。

由著名的爱因斯坦-普朗克光能公式我们知道E=hf，其中E是光子的能量，h是普朗克常数，f是光子频率。

假设有两面镜面质量完美的镜子A和B沿着一个直线轴以恒速V做相对运动。这时从A向B发射一束脉冲激光波，该脉冲波在A和B之间来回反射，由于存在着多普勒效应，假设一开始的那束光是蓝色的而A与B是相互远离的或者一开始那束光是红色的而A和B是相互趋近的，在一定的距离和速度的范围内，我们不难算出，在几秒甚至更短的时间内，不论是上面提到的蓝光还是红光都会出现由肉眼可变的颜色改变而成为绿光。

这里很关键的一点是这样一个基本常识：光在高质量的镜面发生反射时颜色不变（否则的话你照镜子的时候会发现嘴唇变绿了）。

根据前面提到的爱因斯坦-普朗克光能公式E=hf，我们很容易得出结论：既然多普勒效应使得那束光或是由蓝变绿或是由红变绿，而反射本身没有造成颜色变化，那表明多普勒效应使得那束光的能量发生了变化。但是，多普勒效应本身并不含有通常我们熟知的导致能量传递的相互作用。所以，结论是在这过程中能量守恒被打破了！

以上这段分析没有涉及任何高深的知识，完全就是在中学生应该已经掌握的知识范围之内的。

如何补救？

但是，在能量守恒的概念已经成为很多人的科学信仰的前提下，如果我们仅仅是给出上述，能量不守恒的结论显然是难以让很多人在情感上难以接受。那么我们就来考虑一下补救的措施吧。一个简单粗暴的相法就是放弃E=hf，而直接采用经典物理中的光粒子的概念。但是，光粒子的一个致命的缺陷是它无法解释光的颜色随着频率的改变而变化这一点。

那么我们是否可以将E=hf与经典的光粒子的模型相结合呢，反正现代物理学将光说成是波粒二象性，何必只用与波的特性有关的E=hf而不将反映粒子特性的与光速c有关的机械动量和动能的计算也引入对光能的计算呢？但问题是，现有的理论体系并没有告诉我们应该如何将经典物理中与速度相关的动量和动能的计算与E=hf结合起来。所以，另一个简单粗暴的结论便是在光的传播过程中用E=hf而在光与镜面相互作用时用经典粒子的动量动能模式。哈，理想可以很丰满，但现实或许很骨感。。。。这里肯定有中学时期物理课上优等生。你们不妨按照上面的设想来将E=hf和粒子动量动能模型分别应用在光的传播过程和与镜面的相互作用上。你们很快会发现，那样一来，能量的不平衡不但没消失反而加倍了。。。。其实，原因很简单：多普勒效应与光镜相互作用之间不存在因果关系，是相互独立的。你现在用两个都会导致能量不守恒的模型各算一遍，只能导致能量更加不守恒！

所以还是回到了我已经做出的结论：在现有体系下多普勒效应的存在导致能量不守恒！

结束语

最近发现，能量守恒对很多人来说已经超出了科学信仰的范围，他们对于能量守恒这个概念缺乏科学信仰所应有的基本的严肃性，把原本属于科学信仰的内容变成了安慰剂。

也许有人会说能量守恒的概念告诉我们：要想得到一定的功率必须消耗一定的能量，所以只要知道能量守恒的概念就行了。。。。但是，1）能量在大范围内守恒并不等于说在现有体系内的所有物理过程遵守能量守恒；2）反过来说，能量在某些现象里不守恒，并不等于说在所有过程中都不守恒；3）在实践中，输入能量和输出能量之间有一定效率，在把所有的能量成分都考虑进来之后，一定要从数量上得出一个等式，才能说是能量守恒。但如果现在明确知道在某个过程中你想尽一切办法都不可能写出那个等式，你就不能说在那个过程中能量是守恒的。

以上的讨论没有任何一点超出了中学生应该掌握的知识范围！