光的奧秘它不止是電磁波

摘自百度百科

光是 人眼可見電磁波譜（波粒二象性）

光是輻射，是電磁波，是光子束，是能量，是質量（根據E=mc^2）。光源發出光，是因為光源中電子獲得額外能量。如果能量不足以使其躍遷（jump）到更外層的軌道，電子就會進行加速運動，並以波的形式釋放能量；反之，電子躍遷。如果躍遷之後剛好填補了所在軌道的空位，從激發態到達穩定態，電子就不動了；反之，電子會再次躍遷回之前的軌道，並且以波的形式釋放能量。光的奧秘它不止是電磁波

簡單地說，光是沿射線傳播的，光的傳播也不需要任何介質，因為電磁波的傳播不需要介質。但是，光在介質中傳播時，由於光受到介質的相互作用，其傳播路徑遇到光滑的物體會發生偏折，產生反射與折射的現象。另外，根據廣義相對論，光在大質量物體附近傳播時，由於受到該物體強引力場的影響，光的傳播路徑也會發生相應的偏折。

光的奧秘它不止是電磁波

光在引力場中傳播路徑發生偏轉

目錄

1 歷史2 光源（Light source）

定義 光源種類 3 光的科學 科學光 激光 光的色散 複色光分解為單色光而形成光譜的現象

光的基本特性

4 光的應用 5 相關學說 光的微粒說 光的波動說 光的電磁說 光的光子說 光的波粒二象性

6 光與眼睛 7 光的波長 8 超光速 9 延伸閱讀

19世紀物理學界的巨人之一——蘇格蘭物理學家詹姆士·克拉克·麥克斯韋（J. C. Maxwell）的研究成果問世，物理學家們才對光學定律有了確定的了解。從某些意義上來說，麥克斯韋正是邁克爾·法拉第（Michael Faraday）的對立面。法拉第在試驗中有著驚人的直覺卻完全沒有受過正式訓練，而與法拉第同時代的麥克斯韋則是高等數學的大師。他在劍橋大學上學時擅長數學物理，在那裡艾薩克·牛頓於兩個世紀之前完成了自己的工作。

牛頓發明了微積分。微積分以「微分方程」的語言來表述，描述事物在時間和空間中如何順利地經歷細微的變化。海洋波浪、液體、氣體和炮彈的運動都可以用微分方程的語言進行描述。麥克斯韋抱著清晰的目標開始了工作——用精確的微分方程表達法拉第革命性的研究結果和他的立場。光的奧秘它不止是電磁波

光的奧秘它不止是電磁波

光是一種電磁波

麥克斯韋從法拉第得出的電場可以轉變為磁場且反之亦然這一發現著手。他採用了法拉第對於力場的描述，並且用微分方程的精確語言重寫，得出了現代科學中最重要的方程組之一。它們是一組8個看起來十分艱深的方程式。世界上的每一位物理學家和工程師在研究生階段學習掌握電磁學時都必須努力消化這些方程式。

隨後，麥克斯韋向自己提出了具有決定性意義的問題：如果磁場可以轉變為電場，並且反之亦然，那若它們被永遠不斷地相互轉變會發生什麼情況？麥克斯韋發現這些電——磁場會製造出一種波，與海洋波十分類似。令他吃驚的是，他計算了這些波的速度，發現那正是光的速度！在1864年發現這一事實後，他預言性地寫道：「這一速度與光速如此接近，看來我們有充分的理由相信光本身是一種電磁干擾。」

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這可能是人類歷史上最偉大的發現之一。有史以來第一次，光的奧秘終於被揭開了。麥克斯韋突然意識到，從日出的光輝、落日的紅焰、彩虹的絢麗色彩到天空中閃爍的星光，都可以用他匆匆寫在一頁紙上的波來描述。今天我們意識到整個電磁波譜——從電視天線、紅外線、可見光、紫外線、X射線、微波和γ射線都只不過是麥克斯韋波，即振動的法拉第力場。

根據廣義相對論，光在路過強引力場時，光線會扭曲。

光具有波粒二象性。[1] 光的奧秘它不止是電磁波

光源（Light source）編輯

光的奧秘它不止是電磁波

美麗的極光

定義

正在發光的物體叫光源，「正在」這個條件必須具備，光源可以是天然的或人造的。物理學上指能發出一定波長範圍的電磁波（包括可見光與紫外線、紅外線、X射線等不可見光）的物體。

光源種類

光源主要可以分為三類。

第一類是熱效應產生的光。太陽光就是很好的例子，因為周圍環境比太陽溫度低，為了達到熱平衡，太陽會一直以電磁波的形式釋放能量，直到周圍的溫度和它一樣。

第二類是原子躍遷發光。熒光燈燈管內壁塗抹的熒光物質被電磁波能量激發而產生光。此外霓虹燈的原理也是一樣。原子發光具有獨自的特徵譜線。科學家經常利用這個原理鑒別元素種類。

第三類是物質內部帶電粒子加速運動時所產生的光。譬如，同步加速器（synchrotron）工作時發出的同步輻射光，同時攜帶有強大的能量。另外，原子爐（核反應堆）發出的淡藍色微光（切倫科夫輻射）也屬於這種。

光的科學編輯 科學光。光的奧秘它不止是電磁波

光是一種肉眼可以看見（接受）的電磁波（可見光譜）。在科學上的定義，光有時候是指所有的電磁波。光是由一種稱為光子的基本粒子組成。具有粒子性與波動性，或稱為波粒二象性。

光可以在真空、空氣、水等透明的介質中傳播。光的速度：真空中的光速是目前宇宙中已知最快的速度，在物理學中用c表示。[2]

極光(9張)

光分為人造光（如激光）和自然光（如太陽光）。

光的奧秘它不止是電磁波：陽光

自身發光的物體稱為光源，光源分冷光源和熱光源。如圖為人造光源。有實驗證明光就是電磁輻射，這部分電磁波的波長範圍約在紅色光的0.77（μm）微米到紫色光的0.39μm之間。波長在0.77μm以上到1000μm左右的電磁波稱為「紅外線」。在0.39μm以下到0.04μm左右的稱「紫外線」。紅外線和紫外線不能引起視覺，但可以用光學儀器或攝影方法去量度和探測這種發光物體的存在。所以在光學中光的概念也可以延伸到紅外線和紫外線領域，甚至X射線均被認為是光，而可見光的光譜只是電磁光譜中的一部分。

人眼對各種波長的可見光具有不同的敏感性。實驗證明，正常人眼對於波長為555nm（納米）的黃綠色光最敏感，也就是這種波長的輻射能引起人眼最大的視覺，而越偏離555nm的輻射，可見度越小。

光具有波粒二象性，即既可把光看作是一種頻率很高的電磁波，也可把光看成是一個粒子，即光量子，簡稱光子。

光速取代了保存在巴黎國際計量局的鉑制米原器被選作定義「米」的標準，並且約定光速嚴格等於299,792,458m/s，此數值與當時的米的定義和秒的定義一致。後來，隨著實驗精度的不斷提高，光速的數值有所改變，米被定義為（1/299,792,458）s內光通過的路程，光速用c來表示。

光是地球生命的來源之一。光是人類生活的依據。光是人類認識外部世界的工具。光是信息的理想載體或傳播媒質。

光的奧秘它不止是電磁波：夜空中的禮花

據統計，人類感官收到外部世界的總信息中，至少80%以上通過眼睛。

當一束光投射到物體上時，會發生反射、折射、干涉以及衍射等現象。

光線在均勻同種介質中沿直線傳播。

光波，包括紅外線，它們的波長比微波更短，頻率更高，因此，從電通信中的微波通信向光通信方向發展，是一種自然的也是一種必然的趨勢。

普通光：一般情況下，光由許多光子組成。在熒光（普通的太陽光、燈光、燭光等）中，光子與光子之間，毫無關聯。即波長不一樣、相位不一樣，偏振方向不一樣、傳播方向不一樣，就像是一支無組織、無紀律的光子部隊，各光子都是散兵游勇，不能做到行動一致。

相關學說

光的微粒說

關於光的本性的一種學說。17世紀曾為牛頓等所提倡。這種學說認為光由光源發出的微粒、它從光源沿直線行進至被照物，因此可以想像為一束由發光體射向被照物的高速微粒。這學說很直觀地解釋了光的直進及反射折射等現象，曾被普遍接受；直到19世紀初光的干涉等現象發現後，才被波動說所推翻。1905年愛因斯坦提出光是一種具有粒子性的實物（光子）。但這觀念並不摒棄光具有波動性質。這種關於光的波粒二象性的認識，是量子理論的基礎。

光的波動說

關於光的本性的一種學說。第一位提出光的波動說的是與牛頓同時代的荷蘭人惠更斯。他在17世紀創立了光的波動學說，與光的微粒學說相對立。他認為光是一種波動，由發光體引起，和聲一樣依靠媒質來傳播。這種學說直到19世紀初當光的干涉和衍射現象被發現後才得到廣泛承認。19世紀後期，在電磁學的發展中又確定了光實際上是一種電磁波，並不是同聲波一樣的機械波。1888年德國物理學家赫茲用實驗證明了電磁波的存在，從此奠定了光的電磁理論。這一理論能夠說明光的傳播、干涉、衍射、散射、偏振等許多光現象。

光的電磁說

光的干涉和衍射現象無可懷疑地證明了光是一種波，到19世紀中葉，光的波動說已經得到公認。但是，光的奧秘它不止是電磁波

光波是一種特定頻段的電磁波

什麼性質的波？難道像水波一樣？像聲波一樣？光波的本質是什麼，這個問題一直沒有解決。那時候人們總是習慣於按照機械波的模型把光波看成是在某種彈性介質里傳播的振動。到了19世紀60年代，麥克斯韋預言了電磁波的存在，並且從理論上得出，電磁波在真空中的傳播速度應為3.11×108m/s，而當時實驗測得的光速為3.15×108m/s，兩個數值非常接近。麥克斯韋認為這不是一種巧合，它表明光與電磁現象之間有本質的聯繫。由此他提出光在本質上是一種電磁波。這就是光的電磁說。到1886年，赫茲通過實驗證實了電磁波的存在，並且測出了實驗中的電磁波的頻率和波長，從而計算出了電磁波的傳播速度，發現電磁波的速度確實與光速相同，這樣就證明了光的電磁說的正確性。

光的電磁說是說明光在本質上是電磁波的理論。電磁輻射不僅與光相同，並且其反射、折射以及偏振之性質也相同。由麥克斯韋的理論研究表明，空間電磁場是以光速傳播。這一結論已被赫茲的實驗證實。麥克斯韋，在1865年得出了結論：光是一種電磁現象。按照麥克斯韋的理論，c/v=√(εμ)。

式中c為真空中的光速。ν為在介電常數為ε和導磁係數為μ的介質中的光速。根據折射率的定義n=c/v，我們有n=√(εμ)。

這個關係式給出了物質的光學常數，電學常數和磁學常數之間的關係。當時從上述的公式中看不出n應隨著光。光的奧秘它不止是電磁波

光波的電場強度E與磁感應強度M

的波長λ而改變，因而無法解釋光的色散現象。後來洛倫茲在1896年創立了電子論。從這一理論看，介電常數ε是依賴於電磁場的頻率，即依賴于波長而變的，從而搞清了光的色散現象。光的電磁理論能夠說明光的傳播、干涉、衍射、色散、散射、偏振等許多現象，但不能解釋光與物質相互作用中的能量量子化轉換的性質，所以還需要近代的量子理論來補充。

光的光子說

1905年，愛因斯坦提出光是一種具有粒子性的實物（光子）。愛因斯坦提出光子的概念，由愛因斯坦光子假說發展成現代光子論（photon theory）的兩個基本點是： (1) 光是由一顆一顆的光子組成的光子流。每個光子的能量為ε = hυ。由N個光子組成的光子流，能量為Nhυ（不計真空場的零點能）。 (2) 光與物質相互作用，即是每個光子與物質微觀粒子相互作用。根據能量守恆定律，約束得最不緊的電子在離開金屬面時具有最大的初動能，所以對於電子應有：hυ=(1/2)mv2+W。上式即為光電效應方程，W 代表電子脫離金屬表面所需要的能量，稱為功函數（work function）。

光的波粒二象性，光的奧秘它不止是電磁波

光電效應以及康普頓效應無可辯駁地證明了光是一種粒子，但是光的干涉和光的衍射又表明光確實是一種波。光到底是什麼？光是一種波，同時也是一種粒子。光具有波粒二象性。這就是現代物理學的回答。

根據量子場論（或者量子電動力學），光子是電磁場量子化之後的直接結果。光的粒子性揭示了電磁場作為一種物質，是與分子、原子等實物粒子一樣，有其內在的基本結構（組成粒子）的。而在經典的電動力學理論中，是沒有「光子」這個概念的。

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