宇宙探秘 光的本质

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  我们从出生起,就与光有千丝万缕、不可断绝的联系,但光究竟是什么呢?

  距今300多年前,赫赫有名的英国物理学家兼数学家牛顿创立了光学这门学科。当时,牛顿认为光是由一种弹性小球组成的。这就是所谓的光的微粒说。

  光的微粒说可以解释光的反射和光的折射现象。

  对于光的反射现象,可以设想打弹子球的情形。当弹子球在行进过程中撞到边框上就会被弹回。光的反弹也是这样,光的粒子投射到像镜子那样光滑的表面就可以单向反射。

  对于光的折射现象,牛顿也提出了解释。按照万有引力定律,当光从光疏物质(如空气)进入光密物质(如水或玻璃)时,由于是两种不同的光媒质,它们对光的吸引作用就有差别。一般来说,光密物质密度较大,它对光的吸引作用强些;光疏物质密度较小,它对光的吸引作用弱些。这样,光束由空气进入水或玻璃中时,就会折向密度较大的水或玻璃的一侧。

  光的微粒说在解释一些光的色散问题时遇到了困难。

  跟牛顿同时代的荷兰物理学家惠更斯,提出了完全不同的另一种学说——光的波动说。他认为光与声音一样,都是一种空气振动过程,这种振动像水波那样是一波接一波传递的。这就是光的波动说。两位科学家各持己见,互不相让。当时牛顿在科学界的威望要比惠更斯高,所以大多数人附和牛顿的看法,于是微粒说占了上风。

  1864年,英国物理学家麦克斯韦在仔细研究了光波后指出:光波是与无线电波、X射线以及γ射线一样的电磁波,它们之间的区别仅仅是波长不同。无线电波一般以米为单位,光波则比无线电波要短得多。

  这样,麦克斯韦使光的波动说被大家承认。这种光的波动理论,虽能比较满意地解释光在传播过程中产生的反射、折射和干涉现象,但却解释不了光电效应。

  德国大名鼎鼎的物理学巨匠爱因斯坦于1905年提出了光子说。

  光子说认为,光能是聚集成一份一份的,以不连接的形式在空中传播。每一份光叫做一个光量子。光量子既是一种微粒,又是一种电波。光子说把几百年来争论不休的两种观点,即光的微粒说和波动说统一了起来。

  今后对光的本质很可能还会有新的认识。但到目前为止,光子说是最完美的解释。

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