這些光知識，你都知道嗎？

關於光的故事可謂年代久遠了、我們先談談關於光的遙遠的過去的故事是怎麼影響地球生命的？根據現代天文學的對宇宙起源的的「宇宙大爆炸」理論及天文觀測模型分析等目前我們對宇宙的年齡定格為138.17億歲、然而宇宙起源及其初期演化是一個及其複雜的過程、因為宇宙從無到有、萬物從無到有、時間空間從無到有…一切均從138.17億年那個無窮小的而蘊含巨大純能量的點開始、想想這些已經顛覆了我們的常識。是的、不過科學和客觀規律不是用我們那不準確的感官去衡量的、自然就是這樣神奇、宇宙就是這樣神秘、但在科學家的努力下人類文明科學或許能一步一步揭開宇宙的面紗！

當宇宙誕生38年之後、第一束光終於在宇宙馳騁、此前宇宙仍然處於混沌的黑暗、因為此時宇宙中第一批恆星開始形成、也標誌著宇宙「誕生」成功及宇宙正式進入光明階段、至今一批批恆星燃燒殆盡、核力與引力的平衡被打破、最終其恆星質量的不同、分別進入不同的演化方向：演化成黑洞、中子星、白矮星、超新星等、其中超新星爆炸對於生命的誕生和眾多元素的形成起到了決定性的作用、可以說我們是上一代超新星的孩紙、而現在的太陽是我們的第二母親！

這些都是由「光電效應」的結果、恆星才能持續的為宇宙提供光和熱、並首先由20世紀最偉大的科學家阿爾伯特-愛因斯坦首先提出理論及證明、也從此把人類對光的認識徹底顛覆！

當36億年前、第一批/個生命原始體在海洋中誕生時、光對生命的進化起到至關重要的地位、倘若沒有太陽或許不會有生命的誕生更不會有我們今天的眼睛來感知世界、因為日夜交替的光讓生命從海洋中進化出了特殊感知光的細胞從而最終進化出了對可見光感知的眼睛！

因此光也是是我們獲取外部世界的第一感官、維繫著我們對宇宙世界的感知、有了光我們才能看見周邊的世界也才能看見一閃一閃的星星，探尋未知的世界、探尋宇宙的奧秘！

那麼光是什麼呢？

首先肯定的是所有的光都是一種電磁輻射即電磁輻射並把所有的光統稱為電磁波、並由光之父：麥克斯韋 研究成就而揭開了光的這些本質！

簡單說組成我們熟說光線的光子是由能量的最小單位光量子構成，光子也是基本粒子、沒有嚴格的大小、不能被分解或者說一個光子不能被「打」散、只能產生和被吸收（例如封閉的房間內射一束光並關閉光源：光會在被牆多次的反射和吸收最終消失（當然對於人眼的感官來說這個光電效應的時間是極短的、也因此感光上不是很明顯）），這也就是光的粒子性。

圖註：光在鏡面間遵循嚴格的入射和反射路徑，這是粒子流的特點

同時光也有波動性、即光存在波粒二象性、推廣開來嚴格的說所有物體物質還是如光等均有波粒二象性、只是對於像太陽、地球這樣的大體積質量的物體波動性非常微妙幾乎可以忽略研究也沒多少實質性的意義、主要還是研究微觀粒子！

圖註：光的雙縫實驗以及得到的明暗干涉條紋。這一著名實驗證明光具有波的性質

圖註：2004年，科學家利用持續時間僅約250阿秒的光脈衝作為相機閃光源，成功拍攝到可見光的單個波形圖像，從而首次捕捉到了光波在空間中運動的圖像，這在以前是不敢想像的

在我們生活中或者平常所說的光一般指可見光、即我們肉眼可見波段範圍內的光、然而我們肉眼能見的光只是整個電磁波頻段的一小部分、是電磁波家族的一個小眾成員。

不同的電磁輻射有不同對應的頻率和波長、其中伽馬射線波長最短、因此攜帶的能量也是最強的、比如超新星爆炸時所釋放的伽馬射線爆那可是相當的恐怖呢、有效能量傳遞範圍所到之處必定是毀滅性的、那麼它的波長有多短呢？伽馬射線的波長不足10皮米、比氫原子小很多！大約是10的負11次方米、不知這個長度的概念你能想像嗎？

而可見光就比伽馬射線的波長的多、介於400~700納米之間（1納米=10的負9次方米）與一般細胞細菌相當大，然而似乎還是很小啊對吧？

那麼我們來了解下長波的吧？

射頻電波的波長可以達100公里以上、目前已知最長的射頻電波超過100000千米、是地球最大周長40000千米的2.5倍，額…這個這個是不是太長了？以我們熟知的1cm作為對比的話長波10萬千米與短波10皮米相較的話、10萬千米還真不長呢。

不管它們波長如何、從物理學的角度來看、這些電磁波都是一樣的、都同時具有波粒二象性、都以光速傳播、僅僅是其波長、攜帶的能量和信息不同。對於可見光有沒有什麼不同之處呢？其實呢沒有、唯一不同的就是它能剛好被我們肉眼光敏細胞所感知而可見、當然這也是前文提到的生命進化的結果、這或許正是因為可見光波段是所有電磁波中在水中最容易傳播光、所以生命眼睛的誕生與此關聯很強進化出來的眼睛也就剛好是可見光波段的。

那麼光是如何產生的呢？

簡單講當原子或分子從高能態轉化到低能態時便會發生躍遷而產生電磁波、不同原子不同能級會發生不同的能量躍遷、故產生不同頻率的波段的電磁波而組成了整個電磁波家族、電磁波就是這個過程中原子或分子失去的能量。由此可見想要做一個絕對的能量守恆實驗是不可能的

光是如何傳播的呢？

從微觀角度：當原子中的電子從激發態躍遷到低能態時會散發到多餘的能量、此時便會發成可見光，同樣外部光也會「擊中」電子、能量被電子吸收從而使電子高能量狀態。

從宏觀角度：這樣的低能到高能是循環往複的、變化的電子能量便會產生對應的震蕩磁場、而磁場也會產生與之垂直的電場，電場和磁場在空間中互為介質交替前行傳輸能量、信息、關於這些光產生的信息，故而天文學家們可以同光譜分析夜空中各類天體的組成元素等等…想想這是多美好的、坐在地球上就能通過電磁波知道無數天外的秘密！

圖註：光波譜區及能量躍遷相關圖

你關注最多光的問題就是：為什麼光速是宇宙中傳播最快呢？

首先呢強行科普：

1、早期宇宙暴漲時空間膨脹的速度會大於光速、從而你也就不用懵了：宇宙誕生138.17億年可是為什麼已知宇宙為什麼最大哈勃體積是直徑是960億光年了…很無語某些人在這做文章…

2、所謂時空穿越、蟲洞等方式均不是真正的超光速、很簡單：在穿越那個蟲洞時讓一束光和你同時穿越看看你有沒那束光快呢？對比也要有對應的參考量

目前光速測量值為c=299792.458±0.001km/s，速度是一個天文數字同時也是一個極限速度更是一條基本定律，任何靜止質量為零的都會以光速運動前行、並且沒有加速過程、可以理解為天生就是這個速度、故而當光產生瞬間其速度並不是從0加速到C的、而是從產生時就是以光速傳播！

你猜中了開始沒有猜中結尾、目前我們只知道為什麼光速是極限速度、但是不知道為什麼這個極限速度是光速？而不是N倍光速呢（N＞1）？或許現在能告訴你的就是這是宇宙的基本定律、沒有為什麼！

變化的電子能量便會產生對應的震蕩磁場、而磁場也會產生與之垂直的電場，電場和磁場在空間中互為介質交替前行、這個速度就是C=299792.458±0.001km/s

附加一點：上面有提到靜止質量為0的粒子、那麼非如此便會受到狹義相對論的制約、故而其運動速度會遠低於或僅可無限接近光速不可等於光速C更不會超越，即便是以0.9999…C運動光源發出的光也依然是光速…這就是光速不變原理。

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