可 か 见光谱只占有 せんゆう 宽广的 てき 电磁波 は 谱 的 てき 一 いち 小 しょう 部分 ぶぶん
可 か 見 み 光 こう 波長 はちょう 的 てき 激 げき 光 こう
光 ひかり 通常 つうじょう 指 ゆび 的 てき 是 ぜ 人類 じんるい 眼睛 がんせい 可 か 以見到 いた 的 てき 電磁波 でんじは (可 か 見 み 光 こう ),視 み 知覺 ちかく 就是對 たい 於可見 み 光 こう 的 てき 知覺 ちかく [ 1] 。可 か 見 み 光 こう 只 ただ 是 これ 電磁波 でんじは 譜 ふ 上 うえ 的 てき 某 ぼう 一 いち 段 だん 頻 しき 譜 ふ ,一般 いっぱん 是 ぜ 定義 ていぎ 為 ため 波長 はちょう 介 かい 於400至 いたり 700纳米 (nm)之 の 間 あいだ 的 てき 電磁波 でんじは ,即 そく 波長 はちょう 比 ひ 紫外線 しがいせん 長 ちょう ,比 ひ 紅 べに 外線 がいせん 短 たん 的 てき 電磁波 でんじは [ 2] [ 3] 。有 ゆう 些資料 しりょう 來 らい 源 みなもと 定義 ていぎ 的 てき 可 か 見 み 光 こう 的 てき 波長 はちょう 範圍 はんい 也有 やゆう 不同 ふどう ,較窄的 てき 有 ゆう 介 かい 於420至 いたり 680nm[ 4] [ 5] ,較寬的 てき 有 ゆう 介 かい 於380至 いたり 800nm[ 6] [ 7] 。在 ざい 電磁波 でんじは 中 ちゅう ,電場 でんじょう 與 あずか 磁場 じば 互相垂直 すいちょく 。
而有些非可 か 見 み 光也 みつや 可 か 以被稱 しょう 為 ため 光 こう ,如紫 むらさき 外 がい 光 こう [ 8] 、紅 べに 外 がい 光 こう [ 9] 、X光 ひかり [ 10] 。
光 ひかり 是 ぜ 一 いち 种电磁波,光 ひかり 在 ざい 楊氏雙 そう 縫 ぬい 實驗 じっけん 中 ちゅう 體現 たいげん 波 は 繞 にょう 射的 しゃてき 特性 とくせい 。在 ざい 光 ひかり 電 でん 效 こう 應 おう 中 なか ,光 ひかり 是 ぜ 由 ゆかり 光子 こうし 的 てき 基本 きほん 粒子 りゅうし 組成 そせい 的 てき 粒子 りゅうし 流 りゅう 。因 よし 為 ため 光 こう 同 どう 时具有 ぐゆう 粒子 りゅうし 性 せい 与 あずか 波 なみ 动性 せい ,所以 ゆえん 说光具有 ぐゆう “波 なみ 粒 つぶ 二 に 象 ぞう 性 せい ”。
光 ひかり 的 てき 本性 ほんしょう 问题很早就引起 おこり 了 りょう 人 じん 们的关注。
印度 いんど 教 きょう 和 わ 佛教 ぶっきょう 的 てき 理 り 论[ 编辑 ]
早 はや 在 ざい 公 おおやけ 元 もと 前 まえ 6至 いたり 5世 せい 纪的古 こ 印度 いんど ,数 かず 论派 (Samkhya)和 わ 胜论派 は (Vaisheshika)的 てき 学者 がくしゃ 已 やめ 形成 けいせい 了 りょう 光 こう 的 てき 理 り 论。数 かず 论派认为光 こう 是 ぜ 组成世 よ 间万 まん 物的 ぶってき 五 ご 微 ほろ 尘(tanmatra,即 そく “五 ご 唯 ただ ”——香 が 、味 あじ 、色 いろ 、触 さわ 、声 こえ )之 の 一 いち 。这五种元素的粒子性并没有被特别说明,并且似 に 乎是被 ひ 作 さく 为连续状态来理解 りかい 的 てき 。
另一种观点来自胜论派,他 た 们提出 ていしゅつ 了 りょう 一种原子理论,认为物理 ぶつり 世界 せかい 是 ぜ 由 ゆかり 非 ひ 原子 げんし 的 てき 以太、时间和 わ 空 そら 间所构成。最 さい 基本 きほん 的 てき 原子 げんし 分 ぶん 别是土 ど (prthivı),水 みず (pani),火 ひ (agni)和 わ 空 そら 气 (vayu),这里的 てき 意思 いし 和 わ 通常 つうじょう 意 い 义上的 てき 这几种物质并不等 ふとう 价。这些原子 げんし 结合形成 けいせい 双 そう 原子 げんし 分子 ぶんし ,然 しか 后 きさき 进一步结合以形成更大的分子。这些实物原子 げんし 被 ひ 视作是 ぜ 运动的 てき ,这种运动似 に 乎还被 ひ 理解 りかい 为非瞬 まどか 时性的 てき 。他 た 们认为光线是高速 こうそく 的 てき 火 ひ (tejas)原子 げんし 流 りゅう 。当 とう 火 ひ 原子 げんし 以不同 どう 速度 そくど 运动、以不同 どう 形式 けいしき 组合时,光 ひかり 粒子 りゅうし 可 か 以展现不同 ふどう 的 てき 特 とく 征 せい 。在 ざい 公 おおやけ 元 もと 前 まえ 一 いち 世 せい 纪左右 みぎ 的 てき 《毗濕奴 やつ 往世書 しょ 》(Vishnu Purana)裡 うら ,阳光被 こうひ 称 しょう 为“太 ふとし 阳的七 なな 辉线”。
印度 いんど 佛 ふつ 教徒 きょうと ,比 ひ 如五 ご 世 せい 纪的陈那菩萨 (Dignāga)和 わ 七 なな 世 せい 纪的法 ほう 称 しょう (Dharmakirti),发展出 で 了 りょう 一种原子论哲学,认为组成现实世界 せかい 的 てき 原子 げんし 实体其实是 ぜ 光 こう 或 ある 能 のう 量的 りょうてき 瞬 まどか 间流动。光被 こうひ 认为是 ぜ 和 わ 能 のう 量 りょう 等 とう 同 どう 的 てき 原子 げんし 整体 せいたい ,类似于现代 だい 光子 こうし 概念 がいねん ,但 ただし 是 ぜ 他 た 们把所有 しょゆう 物 ぶつ 质都一概视作由这些光能粒子所构成。
光 ひかり 是 ぜ 一 いち 種 しゅ 粒子 りゅうし ,進入 しんにゅう 到 いた 眼球 がんきゅう 便 びん 能 のう 看 み 到 いた 。
在 ざい 公 おおやけ 元 もと 前 まえ 5世 せい 纪,恩 おん 培 つちかえ 多 た 克 かつ 勒 (Empedocles)提出 ていしゅつ 假 かり 设,认为万物 ばんぶつ 由 よし 火 ひ 、空 そら 气、土 ど 、水 みず 四 よん 种元素 げんそ 构成。他 た 相 しょう 信人 のぶと 类的眼睛 がんせい 是 ぜ 阿佛 あぶつ 洛 らく 狄忒 (Aphrodite)以这四 よん 种元素 げんそ 所 しょ 造 づくり ,并且阿佛 あぶつ 洛 らく 狄忒在 ざい 人 ひと 眼中 がんちゅう 燃 もえ 炎 えん ,从而照 あきら 亮 あきら 外物 がいぶつ 形成 けいせい 视觉。但 ただし 如果真 ま 是 ぜ 这样,那 な 无论昼夜 ちゅうや 人 じん 都 と 该有同等 どうとう 视力。对于这个问题,恩 おん 培 つちかえ 多 た 克 かつ 勒假想 かそう 了 りょう 一种太阳光线和视线互感的机制来加以解释。
在 ざい 公 おおやけ 元 もと 前 まえ 300年 ねん 左右 さゆう ,欧 おう 几里得 とく 在 ざい 著作 ちょさく 《光学 こうがく 》(Optica)中 ちゅう 写 うつし 到 いた 了 りょう 他 た 对光性 せい 质的研究 けんきゅう 。欧 おう 几里得 とく 设想光 こう 线笔直 ちょく 传播,并用数学 すうがく 方法 ほうほう 研究 けんきゅう 并阐述 じゅつ 了 りょう 反射 はんしゃ 定律 ていりつ 。他 た 质疑视觉产生于眼睛 がんせい 内 ない 发光的 てき 观点,因 いん 为它不能 ふのう 解 かい 释为什么在 ざい 夜 よる 晚 ばん 眨一下眼睛后还能立刻看到星星,除 じょ 非 ひ 眼睛 がんせい 发出的 てき 光 ひかり 以极速 そく 传播。
在 ざい 公 おおやけ 元 もと 前 まえ 55年 ねん ,罗马人 じん 卢克莱修 将 はた 早期 そうき 希 まれ 腊原子 げんし 论者 もの 的 てき 观点进一 いち 步 ほ 作 さく 了 りょう 发扬,即 そく 使 つかい 和之 かずゆき 后 きさき 的 てき 粒子 りゅうし 理 り 论相近似 きんじ ,卢克莱修的 てき 理 り 论在当 とう 时并没 ぼつ 有 ゆう 被 ひ 广泛接受 せつじゅ 。他 た 写 うつし 道 どう :“太 ふとし 阳的光和 こうわ 热都是 ぜ 由 よし 微小 びしょう 原子 げんし 组成,发射后 きさき 将 しょう 没 ぼつ 有 ゆう 损耗地 ち 穿 ほじ 过空气介质背离光源 げん 前 ぜん 进”(《关于宇宙 うちゅう 的 てき 本 ほん 质》)。
勒内·笛 ふえ 卡尔 (1596–1650)认为光 こう 是 ぜ 发光物的 ぶってき 一 いち 种机械属性 せい ,这不同 どう 于海 うみ 什木 (Ibn al-Haytham)和 わ 威 い 特 とく 罗 (Witelo)的 てき “形 かたち 态”说,也不同 どう 于罗吉尔·培 つちかえ 根 ね ,格 かく 罗斯泰 たい 斯特 (Grosseteste)和 わ 开普勒 的 てき “种类”说。他 た 在 ざい 1637年 ねん 发表的 てき 光 ひかり 折 おり 射 しゃ 理 り 论中,类比声 ごえ 波 なみ 的 てき 传播行 ぎょう 为,错误地 ち 得 とく 出 で 了 りょう 光速 こうそく 和 わ 传播介 かい 质密度 みつど 成 なり 正 せい 比 ひ 的 てき 结论。虽然笛 ふえ 卡尔在 ざい 相 しょう 对速度 ど 上 じょう 判断 はんだん 错误,但 ただし 他 た 正 せい 确地假 かり 设了光 こう 的 てき 波状 はじょう 性 せい 质,还成功 せいこう 地 ち 用 よう 不同 ふどう 介 かい 质下光速 こうそく 的 てき 差 さ 异解释了折 おり 射 しゃ 现象。虽然笛 ふえ 卡尔并不是 ぜ 第 だい 一个尝试用机械分析解释光的人,但 ただし 他 た 明 あかり 确坚持 じ 光 こう 仅是发光体 たい 和 わ 传播介 かい 质的机 つくえ 械波性 せい 质,而因此使他 た 的 てき 理 り 论被视作现代物理 ぶつり 光学 こうがく 的 てき 起点 きてん 。
在 ざい 1666年 ねん ,牛 うし 頓 ひたぶる 發現 はつげん 了 りょう 光 こう 的 てき 色 いろ 散 ち 現象 げんしょう 。
在 ざい 1678年 ねん ,惠 めぐみ 更 さら 斯提出 ていしゅつ 光 こう 是 ぜ 一 いち 种波动。
在 ざい 1690年 ねん ,惠 めぐみ 更 さら 斯發表 ひょう 了 りょう 《光 ひかり 論 ろん 》,提出 ていしゅつ 了 りょう 惠 めぐみ 更 さら 斯原理 げんり ,但 ただし 是 ぜ 在 ざい 當時 とうじ 得 え 到 いた 两列相 しょう 干 ひ 光源 こうげん 很不容易 ようい ,所以 ゆえん 波 は 动说很长时间内 ない 没 ぼつ 有 ゆう 被 ひ 认可证明。
在 ざい 1704年 ねん ,牛 うし 頓 ひたぶる 發表 はっぴょう 了 りょう 《光學 こうがく 》,說明 せつめい 光 こう 說 せつ 以太中 ちゅう 傳播 でんぱ 的 てき 振動 しんどう ,當 とう 中 ちゅう 說明 せつめい 因 いん 為 ため 光 こう 是 ぜ 粒子 りゅうし ,所以 ゆえん 光 こう 可 か 以反射 はんしゃ ,而粒子 りゅうし 在 ざい 空 そら 中和 ちゅうわ 水中 すいちゅう 也有 やゆう 不同 ふどう 的 てき 速度 そくど ,所以 ゆえん 光 こう 可 か 以折射 い ,這讓他 た 一舉成為了光粒學的代表人物。
1803年 ねん ,28嵗的英国 えいこく 物理 ぶつり 学 がく 家 か 托 たく 马斯·杨首 くび 先 さき 用 よう 濾波片 へん 將 はた 光 ひかり 分 ぶん 爲 ため 一 いち 種 しゅ 單色 たんしょく 光 こう ,再 さい 將 しょう 光 こう 通過 つうか 單 たん 縫 ぬえ 去 ざ 把 わ 光 こう 擴散 かくさん ,這樣便 びん 可用 かよう 雙 そう 縫 ぬえ 去 ざ 確保 かくほ 是 ぜ 有 ゆう 兩個 りゃんこ 同相 どうしょう 頻 しき 率 りつ 的 てき 波 なみ 源 げん ,在 ざい 實驗 じっけん 中 ちゅう ,光 ひかり 出現 しゅつげん 了 りょう 波 は 的 てき 干涉 かんしょう 現象 げんしょう ,更 さら 寫 うつし 了 りょう 書 しょ 反對 はんたい 牛 うし 頓 とみ 的 てき 波 なみ 粒 つぶ 說 せつ 。但 ただし 是 ぜ 很可惜,當 とう 時人 じじん 們都普遍 ふへん 支持 しじ 牛 うし 頓 とみ ,所以 ゆえん 書 しょ 只 ただ 賣 うり 出來 でき 一本 いっぽん 。他 た 的 てき 波動 はどう 說 せつ 理論 りろん 與 あずか 當時 とうじ 由 よし 大名 だいみょう 鼎 かなえ 鼎 かなえ 的 てき 牛 うし 頓所 とんしょ 支持 しじ 的 てき 波 なみ 粒 つぶ 說 せつ 相 しょう 比 ひ ,實在 じつざい 是 ぜ 大 だい 巫 みこ 見 み 小 しょう 巫 みこ ,在 ざい 此之後便 こうびん 去 さ 學習 がくしゅう 語 ご 言 げん 。
1817年 ねん 時 じ ,支持 しじ 光 こう 粒 つぶ 學 がく 的 てき 學者 がくしゃ 聯合 れんごう 法 ほう 國 こく 科學 かがく 院 いん 舉辦一場 いちじょう 比 ひ 賽 さい ,目的 もくてき 是 ぜ 爲 ため 了 りょう 研究 けんきゅう 出 で 反對 はんたい 光 こう 是 ぜ 波動 はどう 。29嵗的菲尼爾 なんじ 提出 ていしゅつ 一 いち 種 しゅ 計算 けいさん 方法 ほうほう ,認 みとめ 爲 ため 光 こう 是 ぜ 一 いち 種 しゅ 波 は 。泊 とまり 松 まつ 是 ぜ 一名支持波粒學法國數學家,他 た 通過 つうか 一 いち 些計算 けいさん 發現 はつげん ,若 わか 在 ざい 光源 こうげん 前面 ぜんめん 放 ひ 一 いち 個 こ 圓形 えんけい 的 てき 障礙 しょうがい 物 ぶつ ,在 ざい 波動 はどう 學 がく 這個理論 りろん 中 ちゅう 中間 ちゅうかん 應 おう 出現 しゅつげん 一 いち 個 こ 光點 こうてん ,但 ただし 在 ざい 他 た 的 てき 實驗 じっけん 之 の 中 ちゅう 卻無法 ほう 出現 しゅつげん 光點 こうてん 。經過 けいか 爭論 そうろん 後 ご ,科學 かがく 家 か 們重複 じゅうふく 做多一 いち 次 じ 實驗 じっけん ,最後 さいご 發現 はつげん 了 りょう 中間 なかま 是 ぜ 有 ゆう 光點 こうてん ,這個發現 はつげん 也被稱 たたえ 為 ため 泊 とまり 松 まつ 亮 あきら 斑 まだら 。
法 ほう 国 こく 数学 すうがく 家 か 皮 かわ 埃 ほこり 尔·伽 とぎ 桑 くわ 狄 (Pierre Gassendi)提出 ていしゅつ 了 りょう 他 た 的 てき 光 ひかり 粒子 りゅうし 假 かり 设,他 た 的 てき 这一假设在他死后发表,并且在 ざい 艾 もぐさ 薩克·牛 うし 頓 とみ 早年 そうねん 引起了 りょう 他 た 的 てき 兴趣。牛 うし 顿本人 じん 倾向于笛卡尔的 てき 实空理 くうり 论 (plenum)。他 た 在 ざい 他 た 1675年 ねん 的 てき 《解 かい 释光属性 ぞくせい 的 てき 假 かり 说》(An Hypothesis explaining the Properties of Light)中 ちゅう 提 ひっさげ 到 いた ,光 ひかり 是 ぜ 由 よし 光源 こうげん 向 こう 四面八方发射的微粒组成。牛 うし 顿反对光波 は 动说的 てき 一 いち 个理由 りゆう 是 ぜ ,波 なみ 会 かい 绕开障碍 しょうがい 物 ぶつ ,而光却是直 ちょく 线传播的。但 ただし 对于格 かく 里 さと 马尔迪 すすむ (Francesco Grimaldi)观察到的 てき 衍射现象,牛 うし 顿甚至 いたり 也稍作 さく 妥协,解 かい 释为光 こう 粒子 りゅうし 移動 いどう 於以太 たい 所 しょ 产生的 てき 局部 きょくぶ 波 は 造成 ぞうせい 。
牛 うし 顿的 てき 理 り 论和光 こう 的 てき 反射 はんしゃ 现象相 しょう 吻合 ふんごう ,但 ただし 对于折 おり 射 しゃ 现象,牛 うし 顿错误地认为是 ぜ 因 いん 为进入 にゅう 高密度 こうみつど 介 かい 质时所 しょ 受引力 りょく 更 さら 大使 たいし 光 こう 加速 かそく 而形成 けいせい 的 てき 。牛 うし 顿在1704年 ねん 发表了 りょう 他 た 集大成 しゅうたいせい 的 てき 《光学 こうがく 》一 いち 作 さく 。牛 うし 顿本人的 じんてき 权威使 し 光 こう 的 てき 粒子 りゅうし 理 り 论在18世 せい 纪甚嚣尘上 じょう 。但 ただし 皮 かわ 埃 ほこり 尔-西 にし 蒙 こうむ ·拉 ひしげ 普 ひろし 拉 ひしげ 斯 (Laplace)反 はん 驳说,人的 じんてき 密度 みつど 既 すんで 然 しか 这么大 だい ,那 な 光 こう 几乎不可能 ふかのう 逃脱人的 じんてき 引力 いんりょく 了 りょう 。用 よう 现在的 てき 说法,人 にん 将 はた 成 なり 为一个黑洞 ほら 。
在 ざい 1660年代 ねんだい ,罗伯特 とく ·胡 えびす 克 かつ 发表了 りょう 他 た 的 てき 光波 こうは 动说。克 かつ 里 さと 斯蒂安 やす ·惠 めぐみ 更 さら 斯在 ざい 1678年 ねん 得 とく 出 で 了 りょう 他 た 自己 じこ 的 てき 波 なみ 动学说,并在1690年 ねん 发表在 ざい 他 た 的 てき 《光 ひかり 的 てき 专著》(Treatise on light)裡 うら 。他 た 认为光 こう 线在一个名为发光以太(Luminiferous ether)的 てき 介 かい 质中以波的 てき 形式 けいしき 四 よん 射 しゃ ,并且由 よし 于波并不受重力 じゅうりょく 影 かげ 响,他 た 假 かり 设光会 かい 在 ざい 进入高密度 こうみつど 介 かい 质时减速。光波 こうは 动说预言了 りょう 1800年 ねん 托 たく 马斯·杨 发现的 てき 干涉 かんしょう 现象以及光 こう 的 てき 偏 へん 振 ふ 性 せい 。杨用衍射实验展 てん 现了光 こう 的 てき 波 なみ 动性特 とく 征 せい ,还提出 ていしゅつ 颜色是 ぜ 由 よし 光波 こうは 波 は 长不同所 どうしょ 致,用 よう 眼睛 がんせい 的 てき 三色受体解释了色觉原理。
萊昂哈德·歐 おう 拉 ひしげ 也是光波 こうは 动说的 てき 支持 しじ 者 しゃ 之 の 一 いち ,他 た 在 ざい 《光和 こうわ 色彩 しきさい 的 てき 新 しん 理 り 论》(Nova theoria lucis et colorum)中 ちゅう 阐述了 りょう 他 た 的 てき 这一观点,他 た 认为波 は 理 り 论更容易 ようい 解 かい 释衍射 しゃ 现象。
之 これ 后 きさき ,奧 おく 古 こ 斯丁·菲涅耳 みみ 也独立 どくりつ 完成 かんせい 了 りょう 他 た 的 てき 波 なみ 动理论的建立 こんりゅう ,并于1817年 ねん 上 じょう 递给法 ほう 国 こく 科学 かがく 院 いん 。西 にし 莫恩·泊 はく 松 まつ 完 かん 善 ぜん 了 りょう 菲涅耳 みみ 的 てき 数学 すうがく 证明,给了光 こう 粒子 りゅうし 说致命 いのち 一 いち 击。在 ざい 1821年 ねん ,菲涅耳 みみ 使用 しよう 数学 すうがく 方法 ほうほう 使 し 光 こう 的 てき 偏 へん 振 ふ 在 ざい 波 なみ 动理论上得 え 到 いた 了 りょう 唯 ただ 一 いち 解 かい 释。
但 ただし 波 なみ 动理论的弱 じゃく 点在 てんざい 于,波 は ,类似于声波 は ,传播需要 じゅよう 介 かい 质。虽然曾有过发光 こう 以太的 てき 假想 かそう ,但 ただし 这也因 いん 为19世 せい 纪迈克耳 みみ 孙-莫雷实验 陷 おちい 入 にゅう 了 りょう 强烈 きょうれつ 的 てき 质疑。
牛 うし 顿推测光速 そく 在 ざい 高密度 こうみつど 下 か 变高(而實際 ぎわ 光速 こうそく 在 ざい 高密度 こうみつど 介 かい 質 しつ 變 へん 低 ひく ),[ 11] :18-19 惠 めぐみ 更 さら 斯和其他人 たにん 觉得正 せい 相反 あいはん 。但 ただし 当 とう 时并没 ぼつ 有 ゆう 准 じゅん 确测量 りょう 光速 こうそく 的 てき 条件 じょうけん 。1802年 ねん ,托 たく 馬 ば 斯·楊 做實驗 じっけん 發現 はつげん ,當 とう 光波 こうは 從 したがえ 較低密度 みつど 介 かい 質 しつ 移動 いどう 進入 しんにゅう 較高密度 みつど 介 かい 质之後 ご ,光波 こうは 的 てき 波長 はちょう 會 かい 變 へん 短 たん ,他 た 因 いん 此推論 ろん 光波 こうは 的 てき 運動 うんどう 速度 そくど 會 かい 降 くだ 低 てい 。[ 12] 。1850年 ねん ,莱昂·傅 でん 科 か 的 てき 实验得 え 到 いた 了 りょう 和波 わなみ 动理论同样的结果。
1845年 ねん ,迈克尔·法 ほう 拉 ひしげ 第 だい 发现当 とう 偏 へん 振 ふ 光 ひかり 穿 ほじ 过施加 か 了 りょう 磁场的 てき 透明 とうめい 介 かい 质时,会 かい 发生偏 へん 振 ふ 旋转。这后来 き 被 ひ 称 しょう 为法 ほう 拉 ひしげ 第 だい 效 こう 应,它首次 じ 发现了 りょう 光和 こうわ 电磁的 てき 关系。在 ざい 1846年 ねん ,他 た 推测光 こう 可能 かのう 是 ぜ 沿磁场线衍生的 てき 某 ぼう 种形式 しき 的 てき 扰动。次 つぎ 年 ねん ,法 ほう 拉 ひしげ 第 だい 提出 ていしゅつ 光 こう 是 ぜ 一种高频电磁振动,不 ふ 需要 じゅよう 介 かい 质也能 のう 衍生。
法 ほう 拉 ひしげ 第 だい 的 てき 研究 けんきゅう 启发了 りょう 詹姆斯·馬 うま 克 かつ 士 し 威 たけし 研究 けんきゅう 电磁辐射和光 わこう 。麦 むぎ 克 かつ 斯韦发现自生 じせい 电磁波 なみ 会 かい 以恒定 てい 速度 そくど 传播,而且这个速度 そくど 恰好 かっこう 等 とう 于光速 そく 。正 せい 是 ぜ 从这一 いち 点 てん 出 で 发,麦 むぎ 克 かつ 斯韦得 とく 出 で 了 りょう 光 こう 是 ぜ 一种电磁波的结论。20多年 たねん 后 きさき ,赫兹用 よう 实验证实了 りょう 电磁波 は 的 てき 存在 そんざい ,测得电磁波 は 的 てき 传播速度 そくど 的 てき 确与光速 こうそく 相 しょう 同 どう ,同 どう 时电磁波也能够产生 せい 反射 はんしゃ 、折 おり 射 い 、干涉 かんしょう 、衍射、偏 へん 振 ふ 等 とう 现象,从实验中证明了 りょう 光 こう 是 ぜ 一 いち 种电磁波。
波 なみ 动理论几乎在所有 しょゆう 光学 こうがく 和 わ 电磁学 がく 的 てき 现象中 ちゅう 得 え 到 いた 了 りょう 验证,这是19世 せい 纪物理学 りがく 的 てき 一 いち 个重大 だい 成果 せいか 。但 ただし 到 いた 19世 せい 纪末期 き ,有 ゆう 一些实验现象要不是無法解释,就是違反 いはん 當時 とうじ 理 り 论,其中一个争议即為光 ひかり 电效应 。实验数 すう 据 すえ 的 てき 结果指出 さしで ,放出 ほうしゅつ 的 てき 电子能 のう 量 りょう 与 あずか 光 ひかり 线的频率成 なり 正 せい 比 ひ ,而非强度 きょうど 。更 さら 特別 とくべつ 的 てき 是 ぜ ,當 とう 光線 こうせん 小 しょう 于某一 いち 个最小 さいしょう 频率 后 きさき ,无论再 さい 加 か 大 だい 强度 きょうど ,都 と 不 ふ 会 かい 产生感 かん 应电流 りゅう ,这现象 ぞう 似 に 乎是違反 いはん 了 りょう 波 は 理 り 论。許多 きょた 年来 ねんらい ,物理 ぶつり 学 がく 家 か 们尝试寻找答案 あん 都 と 无功而返,直 ちょく 到 いた 1905年 ねん 爱因斯坦 让粒子 りゅうし 理 り 论重回 かい 历史舞台 ぶたい 。由 よし 于太多 た 的 てき 实验现象为波动理论佐证,使 つかい 得 とく 爱因斯坦的 てき 想 そう 法 ほう ,在 ざい 当 とう 时的物理 ぶつり 学界 がっかい 受到了 りょう 巨 きょ 大 だい 质疑。然 しか 而爱因 いん 斯坦对光电效应的解 かい 释最终得到 いた 了 りょう 认同,并开启了波 なみ 粒 つぶ 二 に 象 ぞう 性 せい 和 わ 量子力学 りょうしりきがく 两扇大 だい 门。
反射 はんしゃ
折 おり 射 しゃ
光 ひかり 纖束
光 ひかり 是 ぜ 能 のう 量 りょう 的 てき 一 いち 种传播 方式 ほうしき 。光源 こうげん 所以 ゆえん 发出光 こう ,是 ぜ 因 いん 为束縛 そくばく 於光源 げん 原子 げんし 裏 うら 的 てき 電子 でんし 的 てき 运动。有 ゆう 三 さん 种方式 しき :热运动 、跃迁辐射 、受激辐射 。前者 ぜんしゃ 为生活 せいかつ 中 ちゅう 最 さい 常 つね 见的,比 ひ 如电灯 和 わ 火 ひ 焰 ;后 きさき 者 しゃ 多 た 应用于激 げき 光 こう 。
另外,光波 こうは 本身 ほんみ 就是从原子 げんし 、分子 ぶんし 内 ない 辐射 出 で 的 てき 高 だか 频电磁场 ,因 いん 此光波 は 可 か 以通过加速 そく 带电粒子 りゅうし 产生。如同 どう 步 ふ 辐射光 ひかり 、轫致辐射 、切 きり 伦科夫 おっと 辐射 、自由 じゆう 电子激 げき 光 こう 等 ひとし [ 13] 。波 なみ 动光学 がく 与 あずか 非 ひ 线性光学 こうがく 将 はた 发光看 み 做原子 げんし 内部 ないぶ 因 いん 吸收 きゅうしゅう 外界 がいかい 能 のう 量 りょう 而导致其电偶极矩 发生周期 しゅうき 变化的 てき 结果。几何光学 こうがく 、波 なみ 动光学 がく 、非 ひ 线性光学 こうがく 与 あずか 同 どう 步 ふ 辐射光 こう 等 とう 理 り 论完全 ぜん 可 か 以用经典电动力学 りきがく 中 なか 电磁场理论 的 まと 相 しょう 关内容 ないよう 来 らい 解 かい 释。
光 ひかり 沿直线传播,简言之 の 光 ひかり 是 ぜ 直 ちょく 线运行 ぎょう 的 てき ,也不需要 じゅよう 任 にん 何 なん 介 かい 质,但 ただし 在 ざい 其他物体 ぶったい 的 てき 重力 じゅうりょく 场的 てき 影響 えいきょう 下 か ,光 ひかり 的 てき 传播路 ろ 径 みち 会 かい 发生偏 へん 折 おり ,最 さい 显著的 てき 就是黑 くろ 洞 ほら 的 てき 影 かげ 响(参 まいり 见引力 いんりょく 透 とおる 镜 )
光線 こうせん 遇 ぐう 另一介 かい 質 しつ 反射 はんしゃ 的 てき 情況 じょうきょう 是 ぜ 指 ゆび 入射 にゅうしゃ 光 こう 反 はん 回 かい 原 げん 介 かい 質 しつ 的 てき 情 じょう 形 がた ,反射 はんしゃ 定律 ていりつ 可 か 以下 いか 列 れつ 三 さん 原則 げんそく 來 らい 說明 せつめい :
反射 はんしゃ 線 せん 、入射 にゅうしゃ 線 せん 與 あずか 法線 ほうせん 在 ざい 同一 どういつ 平面 へいめん 上 じょう 。
反射 はんしゃ 線 せん 與 あずか 入射 にゅうしゃ 線 せん 在 ざい 法線 ほうせん 的 てき 兩側 りょうがわ 。
反射 はんしゃ 角 かく 等 とう 於入射 にゅうしゃ 角 かく :
∠
θ しーた
i
=
∠
θ しーた
r
{\displaystyle \angle \theta _{i}=\angle \theta _{r}}
光 ひかり 从不同 どう 密度 みつど 的 てき 介 かい 质穿过时发生的 てき 偏 へん 折 おり 现象为折 おり 射 しゃ ,不同 ふどう 介 かい 质可以出現 しゅつげん 不同 ふどう 的 てき 折 おり 射 しゃ 角 かく ,由 ゆかり 該介質 しつ 的 てき 折 おり 射 しゃ 率 りつ
n
=
sin
∠
θ しーた
1
sin
∠
θ しーた
2
{\displaystyle n={\tfrac {\sin \angle \theta _{1}}{\sin \angle \theta _{2}}}}
來 らい 決定 けってい ,並 なみ 遵從斯涅爾 なんじ 定律 ていりつ :
n
1
sin
∠
θ しーた
1
=
n
2
sin
∠
θ しーた
2
{\displaystyle n_{1}\sin \angle \theta _{1}=n_{2}\sin \angle \theta _{2}}
光速 こうそく 在 ざい 不同 ふどう 介 かい 質 しつ 中 ちゅう 亦 また 會 かい 轉變 てんぺん :
v
2
=
v
1
sin
∠
θ しーた
2
sin
∠
θ しーた
1
{\displaystyle v_{2}=v_{1}{\tfrac {\sin \angle \theta _{2}}{\sin \angle \theta _{1}}}}
當 とう
∠
θ しーた
2
=
90
∘
{\displaystyle \angle \theta _{2}=90^{\circ }}
時 とき ,折 おり 射光 しゃこう 沿着介 かい 面 めん 運行 うんこう ,這時
∠
θ しーた
1
{\displaystyle \angle \theta _{1}}
稱 たたえ 為 ため 臨界 りんかい 角 かく
(
∠
θ しーた
c
)
{\displaystyle (\angle \theta _{c})}
;當 とう
∠
θ しーた
1
>
∠
θ しーた
c
{\displaystyle \angle \theta _{1}>\angle \theta _{c}}
時 とき ,入射 にゅうしゃ 光 こう 則 そく 完全 かんぜん 反射 はんしゃ 回 かい 原 はら 介 かい 質 しつ ,稱 しょう 為 ため 全 ぜん 內反射 はんしゃ 。
全 ぜん 內反射 はんしゃ 是 ぜ 光 こう 折 おり 射的 しゃてき 一 いち 個 こ 特殊 とくしゅ 情況 じょうきょう ,当 とう 光 ひかり 线由密度 みつど 较高的 てき (光 ひかり 密 みつ )介 かい 质到密度 みつど 较低的 てき (光 ひかり 疏)介 かい 质且入射 にゅうしゃ 角 かく 大 だい 于临界 かい 时,即 そく
∠
θ しーた
i
⩾
arcsin
n
2
n
1
{\displaystyle \angle \theta _{i}\geqslant \arcsin {\tfrac {n_{2}}{n_{1}}}}
,則 のり 只 ただ 有 ゆう 反射 はんしゃ 光線 こうせん ,没 ぼつ 有 ゆう 折 おり 射光 しゃこう 线,這現象 げんしょう 是 ぜ 為 ため 全 ぜん 內反射 はんしゃ ,而在現實 げんじつ 生活 せいかつ 中 ちゅう ,光 ひかり 纖 ,魚 さかな 眼鏡 めがね 頭 あたま 便 びん 是 ぜ 全 ぜん 內反射的 しゃてき 最 さい 好例 こうれい 子 こ 。
在 ざい 干涉 かんしょう 與 あずか 繞 にょう 射 い 可 か 忽 ゆるがせ 略 りゃく 的 てき 情況 じょうきょう 中 ちゅう ,入射 にゅうしゃ 光線 こうせん 与 あずか 反射 はんしゃ 光線 こうせん 的 てき 可 か 交换性 せい 。就是在 ざい 一 いち 條 じょう 光 こう 徑 みち 的 てき 終點 しゅうてん ,發出 はっしゅつ 反 はん 方向 ほうこう 的 てき 光 ひかり ,此光可 か 沿原路 ろ 徑 みち 回 かい 到 いた 原 げん 來 き 的 てき 起點 きてん 。在 ざい 介 かい 质分界面 かいめん 处应用 よう 光 ひかり 路 ろ 的 てき 可逆 かぎゃく 性 せい 可 か 导出关于反射 はんしゃ 率 りつ 和 わ 折 おり 射 しゃ 率 りつ 的 てき 斯托克 かつ 斯 关系。
干涉 かんしょう 现象是 ぜ 波 は 的 てき 一 いち 种特性 せい ,如牛頓 ひたぶる 環 たまき 。在 ざい 雙 そう 縫 ぬい 實驗 じっけん 中 ちゅう ,我 わが 們可以看到 いた 不 ふ 同 どう 光 ひかり 暗 くら 條 じょう 紋 もん 在 ざい 投射 とうしゃ 屏 へい 上 じょう ,其中光 こう 部 ぶ 條 じょう 紋 もん 代表 だいひょう 該處發生 はっせい 相 しょう 長 ちょう 干涉 かんしょう ,暗部 あんぶ 則 そく 代表 だいひょう 該處發生 はっせい 相 しょう 消 しょう 干涉 かんしょう 。
△
y
=
λ らむだ
D
a
{\displaystyle \bigtriangleup y={\tfrac {\lambda D}{a}}}
,其中D(slit-screen separation要 よう 較a(slit separation)大 だい 很多。根據 こんきょ 這公式 しき ,我 わが 們可代入 だいにゅう 不同 ふどう 的 てき 數 すう 值去計算 けいさん 波長 はちょう 等 とう 數 すう 值。
繞 にょう 射 しゃ 现象也是波 は 的 てき 一 いち 种特性 せい ,是 ぜ 光 こう 在 ざい 通過 つうか 闊度與 あずか 其波長 ちょう 相當 そうとう 的 てき 孔 あな 或 ある 縫 ぬい 時 じ 所 しょ 發生 はっせい 的 てき 現象 げんしょう 。在 ざい 單 たん 縫 ぬい 實驗 じっけん 中 ちゅう ,我 わが 們可以看見 み 光 こう 不 ふ 會 かい 持續 じぞく 原 ばら 來 らい 的 てき 直線 ちょくせん 路 ろ 徑 みち ,而是作 さく 扇形 せんけい 發散 はっさん 狀 じょう ,根據 こんきょ
d
s
i
n
θ しーた
=
m
λ らむだ
{\displaystyle dsin\theta =m\lambda }
,我 わが 們可以根據 こんきょ 公式 こうしき 計 けい 算出 さんしゅつ 其第一 いち ,第 だい 二等等光部條紋是發生在哪個角度。另外,我 わが 們可以知道 どう ,當 とう 波長 はちょう 越 えつ 長 ちょう ,其衍射 しゃ 程度 ていど 越 えつ 大 だい 。
一種光游離作用(光子 こうし 將 はた 電子 でんし 撞出原子 げんし ,使 つかい 之 の 游 ゆう 離 はなれ 的 てき 過程 かてい ),最 さい 常見 つねみ 的 てき 應用 おうよう 是 ぜ 以光束 たば 完成 かんせい 電流 でんりゅう 通路 つうろ 的 てき 電 でん 眼 め 系統 けいとう 。
在 ざい 真空 しんくう 中 ちゅう 光 ひかり 的 てき 傳播 でんぱ 速度 そくど 為 ため 299,792,458 m/s(準 じゅん 確 かく ),是 ぜ 一 いち 個 こ 常數 じょうすう ,以符號 ごう
c
{\displaystyle c}
代表 だいひょう ,也是訊息傳播 でんぱ 速度 そくど 的 てき 上限 じょうげん 。由 よし 於光子 こうし 的 てき 静止 せいし 質量 しつりょう 為 ため 0,因 いん 此理論 ろん 上 じょう 並 なみ 沒 ぼつ 有 ゆう 任 にん 何 なん 物質 ぶっしつ 的 てき 速度 そくど 能 のう 超過 ちょうか 光速 こうそく
正 せい 在 ざい 发光 的 てき 物体 ぶったい 叫 さけべ 做光源 げん ,而「正 せい 在 ざい 」這個條件 じょうけん 必須 ひっす 具備 ぐび 。光源 こうげん 可 か 以是天然 てんねん 的 てき 或 ある 和 わ 人造 じんぞう 的 てき 。
在 ざい 光 ひかり 的 てき 产生过程中 ちゅう ,因 いん 为跃迁能级的不同 ふどう ,释放出 ほうしゅつ 不同 ふどう 频率的 てき 光子 こうし (爱因斯坦 能 のう 量 りょう 方 かた 程 ほど )。而不同 どう 频率的 てき 光 ひかり 会 かい 有 ゆう 着 ぎ 不同 ふどう 的 てき 颜色。可 か 见光范围内 ない 依 よ 次 じ 为赤橙 だいだい 黄 き 绿蓝靛紫。白光 はっこう 为所有 しょゆう 这些光 こう 谱的综合。如果用 よう 棱镜 折 おり 射 しゃ 白光 はっこう ,就能够观察到上述 じょうじゅつ 可 か 见光光 こう 谱。既 すんで 复色光 こう (如白光 こう )被 ひ 色 いろ 散 ち 系 けい 统(如棱镜 )分 ぶん 类后,按波长的大小 だいしょう 依 よ 次 じ 排列 はいれつ 的 てき 图案。
后 きさき 来 らい ,对光谱的研究 けんきゅう 就成了 りょう 一门专业学科——光 こう 谱学。人 ひと 们利用 りよう 光 こう 谱来研究 けんきゅう 发光物体 ぶったい 的 てき 性 せい 质。在 ざい 现代,光 ひかり 谱学在 ざい 宇宙 うちゅう 的 てき 研究 けんきゅう 方面 ほうめん 起 おこり 着 ぎ 重要 じゅうよう 的 てき 作用 さよう 。
一般常見的光學現象通常是由來自太陽 たいよう 或 ある 月 つき 球 だま 的 てき 光 ひかり 與 あずか 大氣 たいき 、雲 くも 、水 みず 、灰塵 かいじん 和 かず 其他粒子 りゅうし 相互 そうご 作用 さよう ,在 ざい 大氣 たいき 層 そう 中表 なかおもて 现出的 てき 光學 こうがく 特性 とくせい 。其它現象 げんしょう 可 か 以是人為 じんい 的 てき 光學 こうがく 效果 こうか 或 ある 人 ひと 眼 め 產 さん 生 せい 的 てき 內眼學 がく 現象 げんしょう (幻影 げんえい 已 やめ 經 けい 被 ひ 排除 はいじょ )。
光 ひかり 是 ぜ 直 ちょく 线 传播的 てき 。基 もと 于光线的光学 こうがく ,称 しょう 为几何 なん 光学 こうがく 或 ある 线性光学 こうがく (Beam Optics)。有 ゆう 許多 きょた 現象 げんしょう 肇 はじめ 因 いん 於光是 ぜ 粒子 りゅうし 或 ある 波 なみ 的 てき 本性 ほんしょう 。有 ゆう 些非常 ひじょう 微妙 びみょう ,只 ただ 有 ゆう 通過 つうか 科學 かがく 儀 ぎ 器 き 的 てき 精密 せいみつ 測量 そくりょう 才能 さいのう 觀 かん 察到。一 いち 個 こ 著名 ちょめい 的 てき 觀測 かんそく 是 ぜ 日食 にっしょく 期間 きかん 觀 かん 察到星 ほし 光 こう 的 てき 偏 へん 折 おり ,這證明 しょうめい 了 りょう 相對 そうたい 論 ろん 理論 りろん 預 あずか 測 はか 的 てき 空間 くうかん 彎曲 わんきょく 。
照明 しょうめい (熒光燈 とう 、鎢絲燈 とう 、LED燈 とう )、能 のう 源 げん (太陽 たいよう 能 のう 、清 きよし 洁能源 げん )、电子 (电脑 、电视 、投影 とうえい 仪 、微 ほろ 波 なみ 爐 ろ 等 とう )、通信 つうしん (光 ひかり 纤 、魚 さかな 骨 こつ 天 てん 線 せん )、医 い 疗保健 ほけん (伽 とぎ 马刀 、B超 ちょう 仪 、光波 こうは 房 ぼう 、汗 あせ 蒸 ふけ 房 ぼう 、X光 ひかり 机 つくえ )等 とう ,生物 せいぶつ 工程 こうてい (光學 こうがく 鑷子、啁啾放 ひ 大 だい 技術 ぎじゅつ )
根 ね 据 すえ 能 のう 量 りょう 守恒 もりつね 定律 ていりつ ,能 のう 量 りょう 是 ぜ 不能 ふのう 随意 ずいい 制 せい 造 づくり 或 ある 毁灭的 てき ,但 ただし 是 ぜ 光子 こうし 会 かい 在 ざい 化学 かがく 反 はん 应(例 れい 如核 かく 聚变和 わ 核 かく 裂 きれ 变等 ひとし )中 ちゅう 与 あずか 释放的 てき 能 のう 量 りょう 一 いち 起 おこり 产生。[來 らい 源 みなもと 請求 せいきゅう ]
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