波动光学在人类生活中的应用(光是什么？无数科学家纷纷陷入了思考，通过光谱能找到什么？)

Posted 2023-05-31

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你知道光是什么吗？不管天晴下雨，地球生活都无法离开光。它可以出现在歌词里，也会出现在众多文艺小说中，它好像代表着一切光明、祥和与正义。

但我们得回归物理角度，光究竟是什么？这好像是个奇怪的问题，千百年来引领着无数科学家纷纷陷入了思考。

有人说光就是波，那这种说法准确吗？

古人曾经也对光作出过讨论和研究，在国外有一天文学家名叫毕达格拉斯。

他对此就作出过解释，他说光是一种东西，是光源向四周发散出来的东西。但是光又不能遇到障碍物，否则就会出现折射、反射和漫射等反弹现象。

你乍一听可能会觉得毕达哥拉斯说的没问题，但仔细一想，好像你也能做出这样的解释。所以光到底是什么？古人在千百年的研究中，并没有找出更加客观的答案。

随着科学的进步，光学形成了一门学科，并且它在原本的反射定律和折射定律的基础上，奠定了几何光学。

从1665年开始，著名物理学家牛顿就对太阳光进行了多角度的实验。他曾将太阳光分成众多的组成部分。

按照颜色来划分的话，光还可以被分布为各种排列序号的光谱。人们为什么能够看见周围的物体，如果我们失了光，地球生命的眼睛是不是真的就没有作用了？

牛顿帮助全人类找到了答案：通过光谱，我们能够找到光的客观定量和特征。这证明光不仅能够附带能量，甚至还能传递信息。

随着后期的深入研究，牛顿还发现各单色光其实在空间上的分离，会呈现出不同的变化，其差距正是由光的本性决定的。

此外牛顿还曾发现光能带来的物理现象，与自身所蕴含的能量有关。

如果人们刻意将曲率半径很大的凸透镜，放在测试光传播的范围内。那当白光照射到它时，玻璃平板与透镜的接触面将会出现一组浪漫的彩色同心环状条纹。

如果人们将一个单色光照射凸透镜，两者的接触面就会出现一组明暗相间的同心环条纹。

这种美丽的现象，被人们称为牛顿环。后来的科学家们，更是借助这种现象来尝试深入探究单色光更多的物理量。

接着学界终于更加客观的了解光了，这是一种摸不着看不清，却无法让地球文明离开的物理媒介。

在18世纪年代末，经过牛顿的各种实验，当时的人们认为光可能就是一种微粒流，它会从光源飞出，同时会在空间物质以及力学定律范围内做等速直线运动。

你知道光是什么吗？有人说这是一种微粒流。但惠更斯却对此呈反对意见，为此他还创建了波动说。

1690年惠更斯在光论中提到：或许我们所认为的光和声音一样，它们都得通过球形波面传播。

在惠更斯的认知里，光振动所达到的每一个点都可以被看作是阵动中心。

可由于惠更斯对于光波动说的论证，只是提出了很多假设，他并没有足够的理论依据来证明自己认为的光波动说更加科学。

因此在整个18世纪中，惠更斯的光波动理论都没有得到认同。

直到1900年，另一位著名科学家普朗克通过对物质的分子结构理论分析出，光也可以利用不连续性概念，得到更加客观的解释。

在此基础上，普朗克很快就提出了辐射量子论。在这一理论下，很多能量的微粒都可以被称之为是量子，那么光的量子也就是光子。

量子论可以很好的解释光是灼热体辐射能量，它会按波长分布的规律依次排开。

当时的人们突然间就恍然大悟了，并认为普朗克帮助了大家全新认知了光学，还认为光就是一种电磁波，它是以分立的能量从振子射出，以光子的形式存在。

普朗克理论便得到了当时一众物理学者的支持，从那之后，世人便将量子论视为近代物理学的起点。但直到这里，人们对于光的认知似乎还不够全面。

普朗克通过物质的分子结构理论给了光一个全新的概念，但他还没有十分明确的表示光究竟是什么。

直到1905年，爱因斯坦又利用量子论和光电效应并通过大量的实验，最终得出结论称：光与物质相互作用时，光才能够以最小单位进行。

在长达将近20年的时间中，爱因斯坦逐步揭开了光的神秘面纱。

他的众多理论都可以很好的证明：光确实具有量子性，但光学现象除了能够证明光就是一种特殊的电磁波之外，在另一方面光又是从热辐射光电效应和光压以及各物理和化学作用的直接结果。

因此，爱因斯坦还在光学的基础上进行了补充：他用狭义相对论证明了光还具有微粒性。所以人们对于光学的研究，往往是不能将光独立于量子物理之外的。

事实上，光量子概念与光的波动概念并不统一，反而相斥。当人们用量子动力学来解释光学，就又可以详细的把光学分为几何光学和波动光学以及量子光学等。

虽然大量的科学实验最后都证明：光在最后的长途旅行中慢慢将自己转化成了粒子，并与自由电子发生反应。所以光能在长时间的转换之后，必然会使自身的能量衰竭。

这也是为什么太阳系中的很多行星，虽然都处于同一个家园，但是由于各自距离太阳的位置不一样，因此它们所得到的光量都会有很大差异的道理是一样的。

我们不知道在何时，处于太阳系内的地球会失去唯一的恒星。但是我们有利理由相信，这世间的光永远也不会消亡。

就像宇宙中除了有太阳这一颗恒星能散发出光芒之外，还有无数如同太阳一般的星体能够对外发射出光，是它们组成了茫茫苍穹，并赋予了所有生命最基础的能量。