光的历史起源

在科学定义中，光是指所有的电磁波谱。

光是由光子作为基本粒子组成的，具有粒子性和涨落性，称为波粒二象性。

光可以在真空、空气、水等透明物质中传播。

可见光的范围没有明确的限制，普通人眼睛能接受的光的波长在400-700mm之间。

人们看到的光来自太阳或借助发光设备，包括白炽灯、荧光灯管、激光器、萤火虫等等。

因为光是人类生存不可或缺的物质，所以有很多关于光的成语，也有同名歌曲。

19世纪物理学巨擘之一苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦的研究成果问世，物理学家对光学定律有了明确的认识。

从某种意义上说，麦克斯韦是迈克尔·法拉第的对立面。

法拉第在实验中有着惊人的直觉却完全没有受过正规训练，而与法拉第同时代的麦克斯韦则是高等数学大师。

他在剑桥大学擅长数学和物理，艾萨克·牛顿两个世纪前在那里完成了他的工作。

牛顿发明了微积分。

微积分是用“微分方程”的语言来表达的，描述的是事物如何在时间和空间中平稳地经历微妙的变化。

海浪、液体、气体和贝壳的运动都可以用微分方程的语言来描述。

麦克斯韦开始他的工作有一个明确的目标——用精确的微分方程来表达法拉第革命性的研究成果和他的力场。

麦克斯韦首先发现法拉第电场可以转化为磁场，反之亦然。

他采用了法拉第对力场的描述，并用微分方程的精确语言重写，得到了现代科学中最重要的方程之一。

它们是一组八个看起来非常困难的方程。

世界上每个物理学家和工程师在研究生阶段学习掌握电磁学时，都必须努力消化这些方程。

后来，麦克斯韦问了自己一个决定性的问题:如果磁场可以转化为电场，反之亦然，那么如果它们永远互相转化，会发生什么？麦克斯韦发现这些电磁场会产生一种波，这种波与海浪非常相似。

令他惊讶的是，他计算了这些波的速度，发现是光速！在1864发现这一事实后，他预言性地写道:“这个速度如此接近光速，似乎我们完全有理由相信光本身就是一种电磁干扰。

“这可能是人类历史上最伟大的发现之一。

历史上第一次，光的奥秘终于被揭开了。

麦克斯韦突然意识到，日出的辉煌，日落的红色火焰，彩虹的绚丽色彩和天空中闪烁的星星，都可以用他匆忙写在一页纸上的波浪来描述。

今天我们认识到，整个电磁波谱——从电视天线、红外线、可见光、紫外线、X射线、微波、伽马射线——只是麦克斯韦波，也就是振动的法拉第力场。

光分为人造光和自然光。

自身发光的物体称为光源，分为冷光源和热光源。

图为人造光源。

实验证明，光是电磁辐射，这部分电磁波的波长范围大约是红光的0.77微米到紫光的0.39微米。

波长在0.77微米以上至约1000微米的电磁波称为“红外线”。

低于0.39微米至约0.04微米的称为“紫外线”。

红外线和紫外线不能引起视觉，但可以用光学仪器或照相的方法来测量和检测这种发光物体的存在。

所以光学中光的概念也可以推广到红外和紫外领域。甚至X射线也被认为是光，而可见光的光谱只是电磁波谱的一部分。

光具有波粒二象性，即可以看作是一种频率很高的电磁波，也可以看作是一种粒子，简称光子。

光速取代了保存在巴黎国际计量局的铂金表作为定义“米”的标准，并一致认为光速严格等于299，792，458 m/s，与当时米和秒的定义一致。

后来随着实验精度的不断提高，光速的数值发生了变化。米被定义为光在1/299792458秒内走过的距离，光速用“C”表示。

光是地球上生命的来源之一。

光是人类生活的基础。

光是人类认识外部世界的工具。

光是信息的理想载体或传播媒介。

据统计，人类感官从外界接收的全部信息中，至少有90%是通过眼睛传递的...当一束光投射到物体上时，会发生反射、折射、干涉和衍射。

光在均匀介质中沿直线传播。

光波，包括红外线，比微波的波长更短，频率更高。因此，从电通信中的微波通信发展到光通信是一种自然而必然的趋势。

普通光:一般来说，光是由很多光子组成的。在荧光(普通日光、灯光、烛光等)下。)，光子之间没有联系，即波长不同、相位不同、偏振方向不同、传播方向不同，就像一支无组织无纪律的光子大军，所有的光子都是散兵游勇，无法统一行动。

光反射时，反射角等于入射角，在同一平面上，法线两侧，光路可以反过来。

光源的种类可以分为三种。

首先是热效应产生的光。阳光就是一个很好的例子。除此之外，蜡烛和其他物品也一样。这种光会随着温度的变化而变色。

二是原子发光。涂在荧光灯管内壁的荧光物质被电磁波能量激发产生光，霓虹灯的原理也是一样的。

原子发光有自己的基本颜色。

第三种是同步加速器，发出的光能量强大。这是原子炉发出的光，但我们在日常生活中很少有机会接触到这种光。

光的色散多色光分解成单色光的现象称为光色散。牛顿在1666年首次用棱镜观察到了光的色散，将白光分解成彩色的带(光谱)。色散现象表明，光在介质中的速度(或折射率n=c/v)随光的频率而变化。光的色散可以通过使用棱镜、衍射光栅、干涉仪等来实现。白光是由红色组成的。

红、橙、黄、绿等颜色称为单色光。

色散:多色光分解成单色光形成光谱的现象称为光色散。

利用棱镜或光栅作为“色散系统”可以实现色散。

多色光进入棱镜后，对各种频率的光有不同的折射率，各种多色光的传播方向有不同程度的偏转，所以离开棱镜时，它们被分开色散，形成光谱。

光的电磁理论表明，光本质上是一种电磁波理论。

电磁辐射不仅与光相同，而且具有相同的反射、折射和偏振性质。麦克斯韦的理论研究表明，空间电磁场以光速传播。

这个结论已经被赫兹实验所证实。

麦克斯韦在1865得出结论，光是一种电磁现象。

根据麦克斯韦理论，c/v=√( ε* μ)其中C是真空中的光速。

ν是光速在介电常数为ε，磁导率为μ的介质中的传播速度。因为c/v=n(折射率)，所以n=√( ε* μ)的所有关系给出了物质的光学常数、电常数和磁常数之间的关系。

当时从上面的公式中没有看出n应该随光的波长λ而变化，所以不能解释光的色散现象。

后来洛伦茨在1896创立了电子理论。从这个理论出发，介电常数ε取决于电磁场的频率，即取决于波长，从而阐明了光的色散现象。

光的电磁理论可以解释光的传播、干涉、衍射、散射、偏振等许多现象，但无法解释光与物质相互作用中能量量子转化的本质，需要现代量子理论来补充。

关于光的本质的理论。

17世纪是牛顿等人倡导的。

这个理论认为，光是光源发出的粒子，从光源到被照物体是直线传播的，所以可以想象成发光体向被照物体发出的一束高速粒子。

这一理论直观地解释了光的直射和反射折射现象，已被普遍接受；直到19世纪初发现光干涉现象，才被波动理论推翻。

1905提出光是一种具有粒子性质的物理对象(光子)。

但这个概念并没有抛弃光的波动性。

这种对光的波粒二象性的理解是量子理论的基础。

关于光的本质的理论。

第一个提出光波的人是惠更斯，一个与牛顿同时代的荷兰人。

他在17世纪创立了光的波动理论，与光的粒子理论相反。

他认为光是一种波动，波动是由发光体引起的，和谐是靠介质来传播的。

直到19世纪初发现光的干涉和衍射现象，这个理论才被广泛认可。

19世纪后期，在电磁学的发展中，确定了光其实是一种电磁波，而不是声波那样的机械波。

1888年，德国物理学家赫兹通过实验证明了电磁波的存在，奠定了光的电磁理论。

这个理论可以解释光的传播、干涉、衍射、散射和偏振等许多现象。

但无法解释光与物质相互作用中能量量子化转换的本质，需要现代量子理论来补充。

光的色散折射率随光波频率或真空中波长而变化的现象。

多色光在介质界面折射时，介质对不同波长的光有不同的折射率，每种颜色的光因折射角不同而相互分离。

1672年，牛顿用棱镜把太阳光分解成彩色的波段，这是人们做的第一个色散实验。

通常用折射率n或色散比DN/D λ与波长λ的关系来描述色散规律。

任何介质的色散都可以分为正常色散和异常色散。

多色光分解成单色光形成光谱的现象。让一束白光照射在玻璃棱镜上，光线经过棱镜折射后，会在另一侧的白色屏幕上形成一条彩色光带。颜色排列是靠近棱镜顶角的红色，靠近底部的末端紫色，中间是橙、黄、绿、靛。这个光带叫做光谱。光谱中的每种颜色的光都不能分解成其他颜色的光。称之为单色光。与单色光混合的光称为多色光。自然界中的太阳光、白炽灯和荧光灯发出的光是多色光。当光照射到物体上时，一部分光被物体反射，一部分光被物体吸收。

如果对象是透明的，仍有一部分穿过该对象。

不同的物体对不同的颜色有不同的反射、吸收和透射，所以表现出不同的颜色。

比如黄色的光照射到蓝色的物体上，就呈现黑色，因为蓝色的物体只能反射蓝色的光，而不能反射黄色的光，所以如果吸收黄色的光，就只能看到黑色。

但如果是白色，就反射所有颜色。

光的本质:原子核外的电子获得能量，跳到更高的轨道。这个轨道是不稳定的，但是它会跳回来，释放一个光子，这个光子是光的形式。释放的能量不一样，不同光子的波长也不一样。什么是光？是一个值得研究，也有必要研究的问题。

今天，物理学院已经到了一个瓶颈，那就是相对论和量子论的冲突。光的本质是基本粒子还是像声音一样的波(如果波在任何介质中传播)对以后的研究都是有指导意义的。

目前比较合理的观点是，光既是粒子又是波，具有波粒二象性，就像水滴和水波的关系。