如何理解光的波粒二象性?
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量子實(shí)驗(yàn) 室中國(guó)科學(xué)院物理化學(xué)博士物理學(xué)教授,科研教學(xué)之余的趣味科普。?光的本質(zhì),一直爭(zhēng)論了幾個(gè)世紀(jì),在物理學(xué)史上留下了非常精彩的篇章。
從牛頓的微粒說(shuō),惠更斯的波動(dòng)說(shuō),兩派戰(zhàn)斗了幾百年,中間更有勝負(fù);到了19世紀(jì),菲涅爾,托馬斯楊等驗(yàn)證了光的干涉,衍射等性質(zhì),波動(dòng)說(shuō)占了上風(fēng),隨著麥克斯韋的電磁波理論出現(xiàn),人們理解了光是一種電磁波。
愛(ài)因斯坦光量子理論,光的波粒二象性
1905年,愛(ài)因斯坦提出了光量子理論,并以此解釋了困擾人們多年的光電效應(yīng)現(xiàn)象,在光電效應(yīng)里,光的粒子性得到了驗(yàn)證,光是攜帶能量為E=hv的微粒,和金屬中的電子發(fā)生作用,把能量全部轉(zhuǎn)移給電子。 愛(ài)因斯坦后來(lái)指出,光是波粒二象性,在轉(zhuǎn)移能量時(shí)會(huì)表現(xiàn)出來(lái)粒子的性質(zhì),而在它的傳播過(guò)程中體現(xiàn)的是波動(dòng)性。
愛(ài)因斯坦以光量子理論及其對(duì)光電效應(yīng)的解釋,獲得1921年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),
對(duì),不是相對(duì)論獲獎(jiǎng),因?yàn)槟菚r(shí)驗(yàn)證相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)還沒(méi)有完成,而光量子理論已經(jīng)被多個(gè)實(shí)驗(yàn)所證實(shí),最出名的就是密立根光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)(獲得1923年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)),和康普頓散射實(shí)驗(yàn)(獲得1927年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng))。
如今的各種光電器件,光纖通信,我們能夠上網(wǎng)和各種通信,都是依賴于愛(ài)因斯坦的光量子理論貢獻(xiàn)。
光量子的思想?yún)s在繼續(xù)發(fā)酵,引出了后續(xù)的量子力學(xué)發(fā)展
愛(ài)因斯坦是量子論的先驅(qū),法國(guó)的德布羅意在愛(ài)因斯坦的光量子的啟示下,更是驚人的想象力提出一切微觀粒子都是波粒二象性,提出了物質(zhì)波理論。而薛定諤為了尋找物質(zhì)波的波函數(shù)提出了薛定諤方程,海森堡等提出矩陣力學(xué)和不確定關(guān)系,玻恩提出了波函數(shù)的概率統(tǒng)計(jì),以上形成了整個(gè)量子力學(xué)的發(fā)展基礎(chǔ)。
量子實(shí)驗(yàn)室,專注科學(xué)問(wèn)題,歡迎評(píng)論和關(guān)注。
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他鄉(xiāng)云難掩故鄉(xiāng)月 義烏天妙飾品廠廠長(zhǎng)12-31 14:13?視覺(jué)-對(duì)光子性質(zhì)的理解及對(duì)量子力學(xué)的質(zhì)疑
?摘自《論思維與人工智能》
我們?yōu)槭裁磿?huì)看見(jiàn)物體?光子從哪里來(lái)?光子又去哪兒了?我們的時(shí)間和光子有什么關(guān)系?
光子及一切電磁波(粒子)都是基本粒子,但是為了和量子力學(xué)的概念加以區(qū)分,我后面將光子及電磁波(粒子)統(tǒng)一稱為 基本粒子。
基本粒子有怎樣的性質(zhì),基本粒子是以自旋同時(shí)螺旋運(yùn)動(dòng)的,最高運(yùn)動(dòng)速度為 299792.458km/s的最小物質(zhì)?;玖W拥倪\(yùn)動(dòng)速度是可變的。
怎樣證明基本粒子是粒子不是波?雙縫實(shí)驗(yàn)及視網(wǎng)膜成像都可以證明基本粒子是粒子。首先,當(dāng)基本粒子以380~780nm的直徑螺旋運(yùn)動(dòng)時(shí)稱為光子,(畫(huà)的不好)雙縫實(shí)驗(yàn)中,光子在縫隙中通過(guò)時(shí),由于光子以380~780nm直徑做螺旋運(yùn)動(dòng),通過(guò)縫隙的光子在后面屏幕上形成視覺(jué)上的干涉條紋,給人以波的性質(zhì)的錯(cuò)覺(jué),實(shí)際上是光子的螺旋運(yùn)動(dòng)形成的,以380~780nm螺旋運(yùn)動(dòng)的光子通過(guò)縫隙時(shí),由于螺旋運(yùn)動(dòng)直徑比粒子本身大很多,必然有一些會(huì)被縫隙邊緣遮擋,當(dāng)光子數(shù)量很少時(shí),會(huì)明顯觀察到光子的粒子性,當(dāng)光子數(shù)量增加,被遮擋的光子也增加,通過(guò)縫隙的光子與沒(méi)通過(guò)的光子必然形成明暗條紋,與我們觀察不觀察沒(méi)有一文錢(qián)關(guān)系,而量子力學(xué)以雙縫實(shí)驗(yàn)中波的性質(zhì)的假象為基礎(chǔ)進(jìn)行的邏輯推理必然得出錯(cuò)誤的結(jié)論,當(dāng)然,數(shù)學(xué)運(yùn)算的過(guò)程還是正確的和科學(xué)的。但是只有基于光子及一切電磁波都是螺旋運(yùn)動(dòng)的粒子這樣的認(rèn)識(shí)才能正確解釋雙縫實(shí)驗(yàn)的結(jié)果以及物質(zhì)世界是唯物的而非量子力學(xué)的觀察決定物質(zhì)性質(zhì)的唯心論。
再來(lái)說(shuō)說(shuō)視覺(jué),現(xiàn)代理論由于對(duì)光子沒(méi)有科學(xué)的認(rèn)識(shí),所以對(duì)視網(wǎng)膜成像的解釋也是錯(cuò)誤的。視網(wǎng)膜上有錐狀體和柱狀體,錐狀體是錐狀的,當(dāng)光子以380~780nm直徑螺旋運(yùn)動(dòng)垂直鑲嵌到錐狀體上,我們就可以感覺(jué)到顏色,錐狀體尖端鑲嵌380nm時(shí),我們可以感覺(jué)到紫色,錐狀體末端鑲嵌780納米時(shí),我們可以感覺(jué)到紅色,錐狀體中段鑲嵌500nm時(shí),我們可以感覺(jué)到綠色,以此類推,我們就可以感覺(jué)到各種顏色。當(dāng)光子垂直照射到柱狀體上,我們就可以感覺(jué)到黑白,基于我的這個(gè)理論,色盲癥的成因也可以合理的解釋了,甚至全色盲的成因就是因?yàn)橐暰W(wǎng)膜上沒(méi)有錐狀體。而眼睛的其他所有器官都是圍繞視網(wǎng)膜來(lái)工作的,所有其他器官都是為了光子剛好垂直于視網(wǎng)膜的錐狀體和柱狀體上,如果光子不是垂直于錐狀體和柱狀體上,我們就看不清物體了。
這樣我們可以定義一下視覺(jué)了,視覺(jué): 生物用感覺(jué)器官來(lái)感知由基本粒子發(fā)生源(光源)發(fā)出的每秒約30萬(wàn)公里運(yùn)動(dòng)的基本粒子的感知過(guò)程,就是視覺(jué)。如果單純說(shuō)光源不標(biāo)準(zhǔn),因?yàn)橛行┥锏囊曈X(jué)范圍比人類寬,可以感覺(jué)到紅外線或紫外線。
視覺(jué)怎樣產(chǎn)生的?當(dāng)我們的遠(yuǎn)古祖先還是單細(xì)胞生物的時(shí)候,光子照射到單細(xì)胞生物上,單細(xì)胞會(huì)對(duì)光子(溫度)做出收縮等等各種應(yīng)激反應(yīng),就是感知的過(guò)程,同時(shí)也是本書(shū)的重點(diǎn)——思維的前提,記憶產(chǎn)生的原因。(后面再來(lái)說(shuō))
有些科學(xué)家說(shuō)牛是看不見(jiàn)顏色的,我們只要看一看牛的視網(wǎng)膜有沒(méi)有錐狀體就可以斷定牛能不能看到顏色。
物質(zhì)世界的所有物質(zhì)都是由基本粒子組成的,包括原子核和核外電子,光子及一切電磁波(粒子)等同于核外電子,只不過(guò)核外電子的運(yùn)動(dòng)速度沒(méi)有達(dá)到光速,而核外電子達(dá)到光速時(shí)就掙脫原子核的束縛,脫離原子核的控制成為光子或者電磁波(粒子)。 待續(xù)
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布魯諾二02-01 14:13?第四節(jié),光子的形成(《能量球理論》百度貼吧能量球理論吧)
?光子是宇宙基本的物質(zhì)單位和能量單位,光子是能量球吸收和發(fā)射的粒子,光子的光速慣性碰撞運(yùn)動(dòng)使能量球獲得反作用力而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。能量球組成萬(wàn)物,光子又推動(dòng)能量球,是光子的動(dòng)能推功宇宙萬(wàn)物的運(yùn)動(dòng)。宇宙萬(wàn)物都在不停地吸收和發(fā)射光子,光子在宇宙中大量存在,宇宙是光的宇宙。
光子是由基子組合的,基子是兩頭帶粘性的條狀體。在大爆炸的環(huán)境里,基礎(chǔ)物質(zhì)大量組合出基子,基子與基子的慣性碰撞形成粘連組合。
由于基子是兩頭帶粘性的條狀體,這樣在基子的慣性碰撞中很容易也只能在基子的兩頭才能形成有效粘連。因?yàn)閮深^是種蓬松結(jié)構(gòu),碰撞使彼此在蓬松處形成物質(zhì)上的融合和應(yīng)力拉扯以及不被分離的粘連組合。
基子只能在兩頭進(jìn)行粘連,這樣就很容易形成以某點(diǎn)為中心的輻射狀粘連組合結(jié)構(gòu),就如同一個(gè)光點(diǎn)向四周輻射一樣。當(dāng)然這種粘連并不是很規(guī)則,也有亂七八糟的狀況,這些都是隨機(jī)碰撞形成的。在隨后的基子粘連中,它們以這個(gè)輻射狀組合體為依托,沿輻射線向外粘連擴(kuò)展。隨著這個(gè)組合體越來(lái)越大,其表面也越來(lái)越毛糙,高低不平,形成一些突擊。突起在空間里的掃蕩,也就更容易獲得基子粘連,而使突起越粘越長(zhǎng)。整個(gè)組合體表面都是如此,都長(zhǎng)滿了這種突起的觸須。突起的觸須越粘越長(zhǎng),整個(gè)組合體就象個(gè)渾身長(zhǎng)滿觸手的章魚(yú)。當(dāng)兩個(gè)渾身長(zhǎng)滿觸須的組合體碰撞在一起時(shí),就會(huì)形成彼此在觸須上的合抱和形成粘連組合。
這種渾身長(zhǎng)滿觸須的基子組合體就是光子,那些觸須我們把它叫做光毛。這是沒(méi)有脫去光毛的原始毛光子,是沒(méi)有經(jīng)過(guò)循環(huán)歷練和打磨過(guò)的光子。光速運(yùn)動(dòng)的光子是脫去光毛的光子,是緊實(shí)圓滑和富有彈性的光子。
毛光子的作用是能形成光子間的組合和能組合出能量球。脫去光毛的光子成為能量球吸收和發(fā)射的粒子,被塑造成宇宙的動(dòng)力之源。光子本身就是種毛光子,脫去毛才能成為能量光子。
這樣的光子與主流理論的光子是大不相同。主流理論的光子是無(wú)靜止質(zhì)量的光子,真不知無(wú)質(zhì)量的東西究竟是種什么東西?光子我們應(yīng)首先確立它的物質(zhì)性,是物質(zhì)我們就應(yīng)用物質(zhì)的概念來(lái)定義。物質(zhì)是種有形,實(shí)在,不滅的東西,光子作為物質(zhì)粒子就應(yīng)有質(zhì)量,有形態(tài),永不湮滅,且具有阻擋性和碰撞性。
主流還認(rèn)為光是種波,如果光是種波,那媒質(zhì)又是什么呢?是以太嗎?如果空間是種以太結(jié)構(gòu),那物質(zhì)在以太中又如何運(yùn)動(dòng)?以太又是否具有阻擋性?以太是物質(zhì)的還是非物質(zhì)的?空間如果是物質(zhì)結(jié)構(gòu),那物質(zhì)粒子就很難運(yùn)動(dòng)。空間如果是非物質(zhì)結(jié)構(gòu),那非物質(zhì)又是種什么東西?空間既不可能是物質(zhì)結(jié)構(gòu),也不可能是非物質(zhì)結(jié)構(gòu),空間是種一無(wú)所有,物質(zhì)是存在于一無(wú)所有的空間環(huán)境中的。
主流總說(shuō)光速恒定,而光速又是什么呢?如果光速是光子的運(yùn)動(dòng)速度,那光子又是如何運(yùn)動(dòng)的呢?是外力推動(dòng)還是內(nèi)力作用?是引力運(yùn)動(dòng)還是慣性運(yùn)動(dòng)?主流不討論光子如何運(yùn)動(dòng),只認(rèn)定光速恒定。而引力根本就不存在,內(nèi)動(dòng)力又不可實(shí)現(xiàn),光子是種光速慣性運(yùn)動(dòng),是不需要力的運(yùn)動(dòng)。
光子在宇宙中大量存在,但我們卻無(wú)法觀測(cè),看不見(jiàn)并不等于沒(méi)有。宇宙中一切物體都存在輻射,輻射出的光子遍布宇宙空間,宇宙是光的宇宙,宇宙能量是光子的動(dòng)能,所謂的暗物質(zhì),暗能量,背景輻射等都是光子的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。
光子在空間里,在星體中,在原子內(nèi)作永無(wú)休止的光速慣性碰撞運(yùn)動(dòng)。光子在碰撞中保持光速不變,說(shuō)明其碰撞是種完全彈性碰撞。兩個(gè)光子的碰撞改變的是方向而不是速度,當(dāng)然這只是在光子不做功的情況下。
光子是完全彈性碰撞,根本就無(wú)法組合。光子是由基子組成的,原始光子是種毛光子,毛光子之間的組合形成能量球。能量球是種動(dòng)力裝置,能量球組合萬(wàn)物,脫毛光子成為能量球的動(dòng)力之源,一切都是宇宙循環(huán)選擇的結(jié)果。
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哆啦15251835301-02 04:29?這個(gè)問(wèn)題平常很難想到,也是很難說(shuō)清的問(wèn)題。
?1、光是怎么產(chǎn)生的。我們已知:有物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的,有物質(zhì)爆炸產(chǎn)生的,有物質(zhì)相互摩擦產(chǎn)生的,有物質(zhì)特性產(chǎn)生的,有電流使用產(chǎn)生的,有生物運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的,有空氣流動(dòng)產(chǎn)生的,等等。
2、光的幾個(gè)主要特性。我們已知:有亮度上的不同,有大小范圍的不同,有產(chǎn)生時(shí)間長(zhǎng)短的不同,有冷熱程度上的不同,有傳播速度和距離上的不同,有可利用與不可利用的不同,等等。
3、光的內(nèi)在和外在本質(zhì)。光的內(nèi)在本質(zhì)有可能是物質(zhì)作用與被作用,形成的多種變化后產(chǎn)生的結(jié)果。光的外在本質(zhì)有可能是一種相對(duì)平靜或劇烈變化的表現(xiàn)形式,具有對(duì)其他物質(zhì)和生物的影響或非影響能力。
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筆名老堪02-02 20:06?原則上講,世界的本質(zhì)是能量,光是能量。再具體地講就比較復(fù)雜了,并可能涉及一部分心理學(xué)和哲學(xué)內(nèi)容。我的理解是:對(duì)于任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物理現(xiàn)象,我們都可以從能量、質(zhì)量的角度獲得對(duì)它的測(cè)量,也可以從空間、時(shí)間的角度對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。由于空間和時(shí)間屬于我們心理的量在物理(尺子和時(shí)鐘)上的反映,更由于心理"經(jīng)濟(jì)"的原則,速度反映在物理上的只有心理量的1/2次方。也就是說(shuō),對(duì)于速度的測(cè)量,我們獲得的數(shù)據(jù)僅僅是那個(gè)物理現(xiàn)象所產(chǎn)生能量與質(zhì)量之比的平方根。光從A到B的運(yùn)動(dòng)也依照這個(gè)原則進(jìn)行。我們己經(jīng)具備了將兩者結(jié)合起來(lái)的物理學(xué)知識(shí),如E/m=c2。但也許是由于我們?cè)谡J(rèn)知科學(xué)方面還比較落后的原因吧,我們先天地就分不清這兩種測(cè)量的區(qū)別,后天又不知道尚存在這樣的區(qū)別。我猜測(cè),在雙縫實(shí)驗(yàn)中,我們?cè)谄聊簧峡吹降难苌涫枪獾乃俣仍斐傻?。速度本該?jīng)由心理渠道并通過(guò)物理的方式表達(dá),在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中光速直接以物理的形式展現(xiàn)在屏幕上了。這是一種非正常的觀察方式,它與我們的習(xí)慣不符,與我們現(xiàn)有的知識(shí)也不符,而科學(xué)的我們又很煩感什么心理因素在里邊攪和,于是在沒(méi)辦法的前提下,我們就用“波粒二相性”敷衍自己了。簡(jiǎn)單說(shuō)就是:我們知道光速和光粒子運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系,但不知道速度是心理的量。當(dāng)速度真的以物理量的形式反映在雙縫實(shí)驗(yàn)的屏幕上時(shí),我們便不知所措了。伽利略經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)首先知道了物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和速度之間的關(guān)系,但他并沒(méi)有說(shuō)這是為什么。至今人們也不想知道那是為什么,只以學(xué)到伽利略給出的結(jié)果而自豪。要回答為什么,從現(xiàn)在看,只有哲學(xué)家才有責(zé)任回答,介可惜的是,哲學(xué)家早就被科學(xué)的輝煌成就害了眼??茖W(xué)的東西科學(xué)家也不愿意讓哲學(xué)家參與,生怕毀了他們的名聲。于是波粒二相性問(wèn)題短時(shí)間內(nèi),起碼三十年內(nèi),不會(huì)得到解決。我現(xiàn)在知道只有兩個(gè)在世的科學(xué)家迫切需要哲學(xué)家的幫助,一是霍金二是斯莫林。霍金是沒(méi)人管他,于是他大罵“哲學(xué)己死”,斯莫林也只是哄著幾個(gè)沒(méi)流兒的哲學(xué)家玩玩,自稱是跟那幾個(gè)哲學(xué)家相處的那幾天是他最幸福的時(shí)光。
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超級(jí)科學(xué)大師?光的本質(zhì)是什么?
?楊春華先生用統(tǒng)一場(chǎng)論回答這個(gè)問(wèn)題。光是具有波粒二象性的物質(zhì)。這是量子力學(xué)的基礎(chǔ)。
在楊春華統(tǒng)一場(chǎng)論中,光波是引力波和電磁波的諧振波,共振波。光子是有牛頓質(zhì)量的。光子的能量是1/2的動(dòng)能加上1/2的電磁能,他的數(shù)學(xué)表達(dá)式是楊春華能量方程。能量方程中的m就是光子的質(zhì)量。楊春華能量方程和愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程形式上是一模一樣的,但是內(nèi)涵完全不同。
楊春華能量方程 E=mv^2 的內(nèi)涵是1,它表達(dá)了光子是什么和他的行為特征。2,它表達(dá)了宇宙中物質(zhì)的質(zhì)量和兩種能量系統(tǒng)的關(guān)系。兩種能量系統(tǒng)是電磁能和引力能。
楊春華先生光子形成的機(jī)理 光子是如何形成的呢,在宇宙中有一種最古老的物質(zhì)以太,也是最原始的物質(zhì)。在宇宙中存在的最基本的能量體系,引力能和電磁能,這兩種能量在以太中共振就形成了光子。這個(gè)概念是楊春華先生的首創(chuàng),楊春華先生擁有完全的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
光波的本質(zhì)是,光波是電磁波和引力波的諧振波,共振波。傅里葉頻譜分析對(duì)于引力波一樣有效。
楊春華先生光子形成的機(jī)理,就是楊春華光子定理。楊春華先生為光子定理,向諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)申請(qǐng)諾貝爾獎(jiǎng)。
楊春華光子定理 電磁能和引力能在以太中諧振,共振產(chǎn)生光子。光子是能量的基本單元。傅里葉頻譜分析深刻地揭示了宇宙中兩種能量的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
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微報(bào)天下 貴州省大方縣新聞信息中心編輯記者02-02 10:54?牛頓說(shuō),光的本質(zhì)是粒子,有人反對(duì),說(shuō)光的本質(zhì)是波。麥克斯韋最后拍板,光就是某些頻率階段的電磁波,直接宣布牛頓落敗,讓他獨(dú)自在九泉之下嘆息。
?最后,量子力學(xué)來(lái)了,說(shuō)光具有波粒二象性,在某些情況下表現(xiàn)波動(dòng)性,在某些情況下表現(xiàn)粒子性,再次給光蒙上了一層神秘的面紗。
愛(ài)因斯坦說(shuō),光的本質(zhì)就是能量,并且是量子化的,在空間傳播時(shí),光實(shí)際上是一份一份傳播的,而不是想我們?nèi)庋劭匆?jiàn)的那樣說(shuō)連續(xù)的。
能量是什么?在我們的思維里面,能量就是一切運(yùn)動(dòng)的力量來(lái)源,沒(méi)有能量,一切將停止。那么,能量可以不依附任何實(shí)體而單獨(dú)存在嗎?
目前看來(lái),能量和物質(zhì)是不可分離的,凡是物質(zhì)都有能量,凡是能量都必須以物質(zhì)作為載體。那么光作為能量,它也應(yīng)該有載體,但是目前對(duì)它的載體是撲所迷離的,有人將這個(gè)載體叫做光子,是一種沒(méi)有質(zhì)量的粒子!
沒(méi)有質(zhì)量,又叫做粒子?這種粒子真的存在嗎?
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不吃肉的同學(xué)?光是一種能量的形態(tài),它可以從一個(gè)物體傳播到另一個(gè)物體,其中無(wú)需任何物質(zhì)作媒介。
本質(zhì)是波粒二象性。什么是波,什么是粒。
在討論光的本質(zhì)之前,先認(rèn)識(shí)一下波。
粒,形象的說(shuō)就是很小很小的物質(zhì)。挺多最多的是什么天使粒子,上帝粒子,這樣的。
水波:把一顆石子扔入水中,在石子的落水點(diǎn)就會(huì)向四周輻射出波紋,即水波。
聲波:敲擊木魚(yú),被敲擊的木魚(yú)就會(huì)發(fā)出清脆的響聲,即產(chǎn)生了聲波。
擁有這兩種性質(zhì)的,光是量子化的??梢栽谡婵諅鞑?。
高中知識(shí),我也不太懂高深的,只是說(shuō)些自己的理解,希望指出錯(cuò)誤,避免誤導(dǎo)大家。