光是一個物理學名詞，其本質是一種處于特定頻段的光子流。光源發出光，是因為光源中電子獲得額外能量。如果能量不足以使其躍遷（jump）到更外層的軌道，電子就會進行加速運動，并以波的形式釋放能量；反之，電子躍遷。如果躍遷之後剛好填補了所在軌道的空位，從激發态到達穩定态，電子就不動了；反之，電子會再次躍遷回之前的軌道，并且以波的形式釋放能量。 簡單地說，光是沿直線傳播的。在廣義相對論中，由于光受到物體強引力場的影響，光的傳播路徑被發生相應的偏折。

曆史

19世紀物理學界的巨人之一——蘇格蘭物理學家詹姆士·克拉克·麥克斯韋（J. C. Maxwell）的研究成果問世，物理學家們才對光學定律有了确定的了解。從某些意義上來說，麥克斯韋正是邁克爾·法拉第（Michael Faraday）的對立面。法拉第在試驗中有着驚人的直覺卻完全沒有受過正式訓練，而與法拉第同時代的麥克斯韋則是高等數學的大師。他在劍橋大學上學時擅長數學物理，在那裡艾薩克·牛頓于兩個世紀之前完成了自己的工作。

牛頓發明了微積分。微積分以“微分方程”的語言來表述，描述事物在時間和空間中如何順利地經曆細微的變化。海洋波浪、液體、氣體和炮彈的運動都可以用微分方程的語言進行描述。麥克斯韋抱着清晰的目标開始了工作——用精确的微分方程表達法拉第革命性的研究結果和他的立場。

麥克斯韋從法拉第得出的電場可以轉變為磁場且反之亦然這一發現着手。他采用了法拉第對于力場的描述，并且用微分方程的精确語言重寫，得出了現代科學中最重要的方程組之一。它們是一組8個看起來十分艱深的方程式。世界上的每一位物理學家和工程師在研究生階段學習掌握電磁學時都必須努力消化這些方程式。

随後，麥克斯韋向自己提出了具有決定性意義的問題：如果磁場可以轉變為電場，并且反之亦然，那若它們被永遠不斷地相互轉變會發生什麼情況？麥克斯韋發現這些電——磁場會制造出一種波，與海洋波十分類似。令他吃驚的是，他計算了這些波的速度，發現那正是光的速度！在1864年發現這一事實後，他預言性地寫道：“這一速度與光速如此接近，看來我們有充分的理由相信光本身是一種電磁幹擾。”

這可能是人類曆史上最偉大的發現之一。有史以來第一次，光的奧秘終于被揭開了。麥克斯韋突然意識到，從日出的光輝、落日的紅焰、彩虹的絢麗色彩、天空中閃爍的星光再到五顔六色的人造光，都可以用他匆匆寫在一頁紙上的波來描述。今天我們意識到整個電磁波譜——從電視天線、紅外線、可見光、紫外線、X射線、微波和γ射線都隻不過是麥克斯韋波，即振動的法拉第力場。

根據廣義相對論，光在路過強引力場時，光線會扭曲。

光具有波粒二象性。

光源

定義

正在發光的物體叫光源，“正在”這個條件必須具備，光源可以是天然的或人造的。物理學上指能發出一定波長範圍的電磁波（包括可見光與紫外線、紅外線、X射線等不可見光）的物體。

光源種類

光源主要可以分為三類。

第一類是熱效應産生的光。太陽光就是很好的例子，因為周圍環境比太陽溫度低，為了達到熱平衡，太陽會一直以電磁波的形式釋放能量，直到周圍的溫度和它一樣。

第二類是原子躍遷發光。熒光燈燈管内壁塗抹的熒光物質被電磁波能量激發而産生光。此外霓虹燈的原理也是一樣。原子發光具有獨自的特征譜線。科學家經常利用這個原理鑒别元素種類。

第三類是物質内部帶電粒子加速運動時所産生的光。譬如，同步加速器（synchrotron）工作時發出的同步輻射光，同時攜帶有強大的能量。另外，原子爐（核反應堆）發出的淡藍色微光（切倫科夫輻射）也屬于這種。

光的科學

科學光

光是一種肉眼可以看見（接受）的電磁波（可見光譜）。在科學上的定義，光有時候是指所有的電磁波。光是由一種稱為光子的基本粒子組成。具有粒子性與波動性，或稱為波粒二象性。

光可以在真空、空氣、水等透明的介質中傳播。光的速度：真空中的光速是目前宇宙中已知最快的速度，在物理學中用 c表示。

極光

光在真空中1s能傳播299792458m。也就是說，真空中的光速 為 c=2.99792458×10 m/s。在其他各種介質的速度都比在真空中的小。空氣中的光速大約為2.99792000×10 m/s。在我們的計算中，真空或空氣中的光速取為 c=3×10 m/s.(最快，極限速度）光在水中的速度比真空中小很多，約為真空中光速的3/4；光在玻璃中的速度比在真空中小的更多，約為真空中光速的2/3。如果一個飛人以光速繞地球運行，在1s的時間内，能夠繞地球運行7.5圈；太陽發出的光，要經過8min到達地球，如果一輛1000km/h的賽車不停地跑，要經過17年的時間才能跑完從太陽到地球的距離。

人類肉眼所能看到的可見光隻是整個電磁波譜的一部分。電磁波之可見光譜範圍大約為390～760nm（1nm=10 m=0.000000001m）。

光分為人造光（如激光）和自然光（如太陽光）。

陽光

自身發光的物體稱為光源，光源分冷光源和熱光源。如圖為人造光源。有實驗證明光就是電磁輻射，這部分電磁波的波長範圍約在紅色光的0.77（μm）微米到紫色光的0.39μm之間。波長在0.77μm以上到1000μm左右的電磁波稱為“紅外線”。在0.39μm以下到0.04μm左右的稱“紫外線”。紅外線和紫外線不能引起視覺，但可以用光學儀器或攝影方法去量度和探測這種發光物體的存在。所以在光學中光的概念也可以延伸到紅外線和紫外線領域，甚至X射線均被認為是光，而可見光的光譜隻是電磁光譜中的一部分。

人眼對各種波長的可見光具有不同的敏感性。實驗證明，正常人眼對于波長為555nm（納米）的黃綠色光最敏感，也就是這種波長的輻射能引起人眼最大的視覺，而越偏離555nm的輻射，可見度越小。

光具有波粒二象性。我們既可以把光看作是一種頻率很高的電磁波，也可以把光看成是一個粒子，即光量子，簡稱光子。

光速取代了保存在巴黎國際計量局的鉑制米原器被選作定義“米”的标準，并且約定光速嚴格等于299,792,458m/s，此數值與當時的米的定義和秒的定義一緻。後來，随着實驗精度的不斷提高，光速的數值有所改變，米被定義為（1/299,792,458）s内光通過的路程，光速用 c來表示。

夜空中的禮花

光是地球生命的來源之一。光是人類生活的依據。光是人類認識外部世界的工具。光是信息的理想載體或傳播媒質。

據統計，人類感官收到外部世界的總信息中，至少80%以上通過眼睛。

當一束光投射到物體上時，會發生反射、折射、幹涉以及衍射等現象。

光線在均勻同種介質中沿直線傳播。

光波，包括紅外線，它們的波長比微波更短，頻率更高，因此，從電通信中的微波通信向光通信方向發展，是一種自然的也是一種必然的趨勢。

普通光：一般情況下，光由許多光子組成。在熒光（普通的太陽光、燈光、燭光等）中，光子與光子之間，毫無關聯。即波長不一樣、相位不一樣，偏振方向不一樣、傳播方向不一樣，就像是一支無組織、無紀律的光子部隊，各光子都是散兵遊勇，不能做到行動一緻。

星光

光遇到水面、玻璃以及其他許多物體的表面都會發生反射（reflection）。垂直于鏡面的直線叫做法線；入射光線與法線的夾角叫做入射角；反射光線與法線的夾角叫做反射角。在反射現象中，反射光線、入射光線和法線都在同一個平面内；反射光線、入射光線分居法線兩側；反射角等于入射角。這就是光的反射定律（reflection law）。如果讓光逆着反射光線的方向射到鏡面，那麼，它被反射後就會逆着原來的入射光的方向射出。這表明， 在反射現象中，光路是可逆的。反射在在物理學中分為兩種： 鏡面反射和 漫反射。 鏡 面反射發生在十分光滑的物體表面（如鏡面）。兩條平行光線能在反射物體上反射過後仍處于平行狀态。凹凸不平的表面（如白紙）會把光線向着四面八方反射，這種反射叫做 漫反射。大多數反射現象為漫反射。

光線從一種介質斜射入另一種介質時，傳播方向發生偏折，這種現象叫做光的 折射 （refraction）。折射光線與法線的夾角叫折射角。如果射入的介質密度大于原本光線所在介質密度，則折射角小于入射角。反之，若小于，則折射角大于入射角。若入射角為0，折射角為零，屬于反射的一部分。但光折射還在同種不均勻介質中産生，理論上可以從一個方向射入不産生折射，但因為分不清界線且一般分好幾個層次又不是平面，故無論如何看都會産生折射。如從在岸上看平靜的湖水的底部屬于第一種折射，但看見海市蜃樓屬于第二種折射。凸透鏡、凹透鏡這兩種常見鏡片所産生效果就是因為第一種折射。 在折射現象中，光路是可逆的。

激光

激光光束中，所有光子都是相互關聯的，即它們的頻率（或波長）一緻、相位一緻、偏振方向一緻、傳播方向一緻。激光就好像是一支紀律嚴明的光子部隊，行動一緻，因而有着極強的戰鬥力。這就是為什麼許多事情激光能做，而陽光、燈光、燭光不能做的主要原因。

光的色散

複色光分解為單色光的現象叫光的色散。牛頓在1666年最先利用三棱鏡觀察到光的色散，把白光分解為彩色光帶(光譜)。色散現象說明光在介質中的折射率 n（或傳播速度 v= c/ n）随光的頻率而變。光的色散可以用三棱鏡.衍射光栅，幹涉儀等來實現。

對于相同的透明介質，頻率越高的光折射率越大。

白光是由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫等各種色光組成的複色光。紅、橙、黃、綠等色光叫做單色光。

複色光分解為單色光而形成光譜的現象叫做光的色散。色散可以利用棱鏡或光栅等作為“色散系統”的儀器來實現。複色光進入棱鏡後，由于它對各種頻率的光具有不同折射率，各種色光的傳播方向有不同程度的偏折，因而在離開棱鏡時就各自分散，形成光譜。

介質折射率随光波頻率或真空中的波長而變的現象。當複色光在介質界面上折射時，介質對不同波長的光有不同的折射率，各色光因折射角不同而彼此分離。1672年，牛頓利用三棱鏡将太陽光分解成彩色光帶，這是人們首次作的色散實驗。通常用介質的折射率 n或色散率d n/d λ與波長 λ的關系來描述色散規律。任何介質的色散均可分正常色散和反常色散兩種。

複色光分解為單色光而形成光譜的現象

讓一束白光射到玻璃棱鏡上，光線經過棱鏡折射以後就在另一側面的白紙屏上形成一條彩色的光帶，其顔色的排列是靠近棱鏡頂角端是紅色，靠近底邊的一端是紫色，中間依次是橙、黃、綠、藍、靛，這樣的光帶叫光譜。光譜中每一種色光不能再分解出其他色光，稱它為單色光。由單色光混合而成的光叫複色光。自然界中的太陽光、白熾電燈和日光燈發出的光都是複色光。在光照到物體上時，一部分光被物體反射，一部分光被物體吸收。透過的光決定透明物體的顔色，反射的光決定不透明物體的顔色。不同物體，對不同顔色的反射、吸收和透過的情況不同，因此呈現不同的色彩。比如一個黃色的光照在一個藍色的物體上，那個物體顯示的是黑色。因為藍色的物體隻能反射藍色的光，而不能反射黃色的光，所以把黃色光吸收了，就隻能看到黑色了。但如果是白色的話，就反射所有的色。

光到底是什麼？是一個值得研究，和必需研究的問題。當今物理學就已經又達到了一個瓶頸，即相對論與量子論的沖突。光的本質是基本微粒還是像聲音一樣的波（若是波又在什麼介質中傳播）對未來研究具有指導性作用。

比較合理的觀點是光既是一種粒子同時又是一種波。光具有波粒二象性，就像水滴和水波的關系。

光的基本特性

光同時具備以下四個重要特征：

1、在幾何光學中，光 以直線傳播。筆直的“光柱”和太陽“光線”都說明了這一點。

2、在波動光學中，光 以波的形式傳播。光就像水面上的水波一樣，不同波長的光呈現不同的顔色。

3、光速極快。在 真空 中為3.0×10 m/s，在空氣中的速度要慢些。在折射率更大的介質中，譬如在水中或玻璃中，傳播速度還要慢些。

4、在量子光學中，光的 能量是量子化的，構成光的量子（基本微粒），我們稱其為“光量子”，簡稱光子，因此能引起膠片感光乳劑等物質的化學變化。光線越強（Intensity=h*frequency of light*# of photon），所含的光子越多。

光的應用

能源（清潔能源）、電子（電腦、電視、投影儀等）、通信（光纖）、醫療保健（γ光刀、光波房、光波發汗房、X光機）等。

陽光

光的研究曆史和力學一樣，在古希臘時代就受到注意，光的反射定律早在歐幾裡得時代已經聞名，但在自然科學與宗教分離開之前，人類對于光的本質的理解幾乎再沒有進步，隻是停留在對光的傳播、運用等形式上的理解層面。（ 另，曆史告訴我們，古中國早在戰國初期，墨學創始人墨子便發現了光的反射定律，建立了中國的光學體系。）十七世紀，對這個問題已經開始存在“波動學說”和“粒子學說”兩種聲音：荷蘭物理學家惠更斯在1690年出版的《光論》一書中提出了光的波動說，推導出了光的反射和折射定律，圓滿的解釋了光速在光密介質中減小的原因，同時還解釋了光進入冰洲石時所 産生的雙折射現象；而英國物理學家牛頓則堅持光的微粒說，在1704年出版的《光學》一書中他提出，發光物體發射出以直線運動的微粒子，微粒子流沖擊視網膜就引起視覺，這也能解釋光的折射與反射，甚至經過修改也能解釋格裡馬爾迪發現的“衍射”現象。十九世紀，英國物理學家麥克斯韋引入位移電流的概念，建立了是電磁學的基本方程，創立了光的電磁學說，通過證明電微波在真空中傳播的速度等于光在真空中傳播的速度，從而推導出光和普通電磁波在本質上是相同的，即光是一定波長的電磁波。二十世紀，量子理論和相對論相繼建立，物理學由經典物理學進入了現代物理學。

1905年美國物理學家愛因斯坦提出了著名的光電效應，認為紫外線在照射物體表面時，會将能量傳給表面電子，使之擺脫原子核的束縛，從表面釋放出來，因此愛因斯坦将光解釋成為一種能量的集合——光子。1925年，法國物理學家德布羅意又提出所有物質都具有波粒二象性的理論，即認為所有的物體都既是波又是粒子，随後德國著名物理學家普朗克等數位科學家建立了量子物理學說，将人類對物質屬性的理解完全展拓了。綜上所述，光的本質應該認為是“光子”，它具有波粒二相性。但這裡的波的含義并不是如聲波、水波那樣的機械波，而是一種統計意義上的波，也就是說大量光子的行為所體現的波的性質。同時光具有動态質量，根據愛因斯坦質能方程可算出其質量。

相關學說

光的微粒說

關于光的本性的一種學說。17世紀曾為牛頓等所提倡。這種學說認為光由光源發出的微粒、它從光源沿直線行進至被照物，因此可以想像為一束由發光體射向被照物的高速微粒。這學說很直觀地解釋了光的直進及反射折射等現象，曾被普遍接受；直到19世紀初光的幹涉等現象發現後，才被波動說所推翻。1905年愛因斯坦提出光是一種具有粒子性的實物（光子）。但這觀念并不摒棄光具有波動性質。這種關于光的波粒二象性的認識，是量子理論的基礎。

光的波動說

關于光的本性的一種學說。第一位提出光的波動說的是與牛頓同時代的荷蘭人惠更斯。他在17世紀創立了光的波動學說，與光的微粒學說相對立。他認為光是一種波動，由發光體引起，和聲一樣依靠媒質來傳播。這種學說直到19世紀初當光的幹涉和衍射現象被發現後才得到廣泛承認。19世紀後期，在電磁學的發展中又确定了光實際上是一種電磁波，并不是同聲波一樣的機械波。1888年德國物理學家赫茲用實驗證明了電磁波的存在，從此奠定了光的電磁理論。這一理論能夠說明光的傳播、幹涉、衍射、散射、偏振等許多光現象。

光的電磁說

光波是一種特定頻段的電磁波

光的幹涉和衍射現象無可懷疑地證明了光是一種波，到19世紀中葉，光的波動說已經得到公認。但是，光是什麼性質的波？難道像水波一樣？像聲波一樣？光波的本質是什麼，這個問題一直沒有解決。那時候人們總是習慣于按照機械波的模型把光波看成是在某種彈性介質裡傳播的振動。到了19世紀60年代，麥克斯韋預言了電磁波的存在，并且從理論上得出，電磁波在真空中的傳播速度應為3.11×10 m/s，而當時實驗測得的光速為3.15×10 m/s，兩個數值非常接近。麥克斯韋認為這不是一種巧合，它表明光與電磁現象之間有本質的聯系。由此他提出光在本質上是一種電磁波。這就是光的電磁說。到1886年，赫茲通過實驗證實了電磁波的存在，并且測出了實驗中的電磁波的頻率和波長，從而計算出了電磁波的傳播速度，發現電磁波的速度确實與光速相同，這樣就證明了光的電磁說的正确性。

光的電磁說是說明光在本質上是電磁波的理論。電磁輻射不僅與光相同，并且其反射、折射以及偏振之性質也相同。由麥克斯韋的理論研究表明，空間電磁場是以光速傳播。這一結論已被赫茲的實驗證實。麥克斯韋，在1865年得出了結論：光是一種電磁現象。按照麥克斯韋的理論， c/ v=√( ε μ)。

式中 c為真空中的光速。 ν為在介電常數為 ε和導磁系數為 μ的介質中的光速。根據折射率的定義 n= c/ v，我們有 n=√( εμ)。

光波的電場強度E與磁感應強度M

這個關系式給出了物質的光學常數，電學常數和磁學常數之間的關系。當時從上述的公式中看不出 n應随着光的波長 λ而改變，因而無法解釋光的色散現象。後來洛倫茲在1896年創立了電子論。從這一理論看，介電常數 ε是依賴于電磁場的頻率，即依賴于波長而變的，從而搞清了光的色散現象。光的電磁理論能夠說明光的傳播、幹涉、衍射、色散、散射、偏振等許多現象，但不能解釋光與物質相互作用中的能量量子化轉換的性質，所以還需要近代的量子理論來補充。

光的光子說

1905年，愛因斯坦提出光是一種具有粒子性的實物（光子）。愛因斯坦提出光子的概念，由愛因斯坦光子假說發展成現代光子論（photon theory）的兩個基本點是： (1) 光是由一顆一顆的光子組成的光子流。每個光子的能量為 ε = hυ。由 N個光子組成的光子流，能量為 Nhυ（不計真空場的零點能）。 (2) 光與物質相互作用，即是每個光子與物質微觀粒子相互作用。根據能量守恒定律，約束得最不緊的電子在離開金屬面時具有最大的初動能，所以對于電子應有： hυ=(1/2) mv² W。上式即為光電效應方程， W 代表電子脫離金屬表面所需要的能量，稱為功函數（work function）。

光的波粒二象性

光電效應以及康普頓效應無可辯駁地證明了光是一種粒子，但是光的幹涉和光的衍射又表明光确實是一種波。光到底是什麼？光是一種波，同時也是一種粒子。光具有波粒二象性。這就是現代物理學的回答。

根據量子場論（或者量子電動力學），光子是電磁場量子化之後的直接結果。光的粒子性揭示了電磁場作為一種物質，是與分子、原子等實物粒子一樣，有其内在的基本結構（組成粒子）的。而在經典的電動力學理論中，是沒有“光子”這個概念的。

量子物理學中，光子是電磁場的微觀組成單元，電磁場是大量光子的累積效應。就如同地球水份分布是大量水分子的累積效應。

光與眼睛

光是電磁輻射的一種形式，而可見光僅僅是電磁輻射中的一小部分，其亮度和顔色能夠被人眼所感知到。光就是人眼能夠感知到的電磁輻射，其波長範圍大約在380nm至760nm。可見輻射的光譜範圍沒有非常精确的界限，因為視網膜接收到的輻射功率以及觀測者的視覺靈敏度存在一定的影響。

人眼對光譜靈敏度曲線

眼睛是一種光學系統，能夠在視網膜上産生圖像。它由各種不同的部分組成，包括角膜、水狀體、虹膜、晶狀體以及玻璃體等，使眼睛能夠針對以10 系數變化的照明水平簡單而快速地做出反應。眼睛能夠感知的最小照度為10 Lx（相當于夜空中黯淡的星光）。

為了能夠感知到光，人眼中包含了兩種感光器：

激光

* 錐狀細胞使我們能夠看到各種顔色（”明視覺”），波長555 nm的黃綠光譜區域，其靈敏度最高（天然光曲線 V ( l)）。

* 靈敏度極高的杆狀細胞使我們看到的是黑白的畫面（”夜間視覺”），在波長 l = 507 nm的綠光光譜區域，其靈敏度最高（夜間視覺曲線 V’ ( l)）。

光的波長

光

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注：光的色散是由于不同頻率（波長）的光對同一透明介質的折射率不同，從而當一束複色光發生折射後，其折射角有所差異，從而使我們看到了不同顔色的光。詳見太陽光譜。

超光速

超光速（ faster-than-light，FTL，或稱 superluminality） [1] 會成為一個讨論題目，源自于相對論中對于局域物體不可超過真空中光速 c的推論限制，光速成為許多場合下速率的上限值。在此之前的牛頓力學并未對超光速的速度作出限制。而在相對論中，運動速度和物體的其它性質，如質量甚至它所在參考系的時間流逝等，密切相關，速度低于（真空中）光速的物體如果要加速達到光速，其質量會增長到無窮大因而需要無窮大的能量，而且它所感受到的時間流逝甚至會停止，所以理論上來說達到或超過光速是不可能的（至于光子，那是因為它們永遠處于光速，而不是從低于光速增加到光速）。但也因此使得物理學家（以及普通大衆）對于一些“看似”超光速的物理現象特别感興趣。

物體要到光速需要無限能量，而在平行空間下無法超光速。

現已有科學家提出設想：将物體前方的空間壓縮，将物體後方的空間擴大來超過光速。隻是需要巨大的能量，現有科技也無法做到。

光在同一種均勻的介質中沿直線傳播。

延伸閱讀

光

光沿直線傳播的前提是在同種、均勻、透明介質中光的直線傳播不僅是在均勻介質，而且必須是同種介質。光在兩種均勻介質的接觸面上是要發生折射的，此時光就不是直線行進了。用波動學解釋光的傳播：傳播途中每一點都是一個次波點源，發射的是球面波，對光源面（一個有限半徑的面積）發出的所有球面波積分，當光源面遠大于波長時結果近似為等面積、同方向的柱體，即表現為直線傳播，實際上也有發散（理想激光除外）。比如手電發出的光有很明顯的發散。光的亮度越強大，離照明參照物越近，光的單色性越好，發散越不明顯。當光源半徑與波長可比拟時積分時的近似條件不成立，積分結果趨向球面波，即表現為衍射。

光在均勻介質中是直線傳播的，但當光遇到另一均勻介質時方向會發生改變，改變後依然沿直線傳播。而在非均勻介質中，光一般是按曲線傳播的。以上光的傳播路徑都可以通過費馬原理來确定。光是延前後左右上下各個方向傳播的，光的亮度越亮，越不明顯看出，當光亮度較暗時，由發光體到照明參照物的光會擴大，距離越遠，擴散的越大，由最初的形狀擴散到消失為止，而當發光體離照明參照物零距離時，光的形狀是發光體真正的形狀大小，所以光傳播的方向與光的亮度、光與照明參照物的距離有關！光通常指可見光，即指能刺激人的視覺的電磁波，它的頻率範圍為：3.9×10 ～7.6×10 Hz之間。這隻是整個電磁波譜中範圍極小的一部分。在更廣泛的意義上講，光應包括頻率低于3.9×10 Hz的紅外線和頻率高于7.6×10 Hz的紫外線。

光與光源

發射（可見）光的物體叫做（可見）光源。太陽是人類最重要的光源。可見光源有熱輻射高壓光源（如白熾燈）、氣體放電光源（如霓虹燈、熒光燈）等。光源有分自然光、人造光。有生命的一定是自然光，如水母、螢火蟲等，沒有生命的不一定是人造光，如恒星、太陽等。

熱輻射光源是利用熱輻射來發光的。由熱輻射理論可知，溫度越高，發光效率也越高。白熾燈是愛迪生于1879年首先試制成功的。他選擇熔點高的碳做材料，制成碳絲，密封在抽成真空的玻璃管内，通以電流，碳絲就發熱發光。由于碳易揮發，工作溫度不能超過2100K。後來，選用熔點稍低于碳，但不易揮發的鎢做材料，工作溫度可達2400K，從而提高了發光效率。現代熱輻射的新光源有碘鎢燈、溴鎢燈，發光效率還要高。

氣體放電光源是利用電子在兩電極間加速運行時，與氣體原子碰撞，被撞的氣體原子受激，把吸收的電子動能又以輻射發光形式釋放出來，這叫做電緻發光。不同氣體受激發光的頻率不同，利用這點可制成各種顔色的霓虹燈。

有的氣體放電光源，玻璃管中充的氣體受激發射的是不可見光。如水銀蒸氣在電場中受激發射的就是紫外線。我們可在玻璃管内壁上塗熒光粉，紫外線射到熒光粉上，再激發出可見光來，日光燈就是采用這一原理制成的。日光燈是電緻發光和光緻發光的綜合，它的發光效率比白熾燈好，但顯色性不好。現代新型的氣體放電照明光源有低壓鈉燈、高壓鈉燈等。

光源按發光原理分，除熱輻射發光、電緻發光、光緻發光外，還有化學發光、生物發光等。化學發光是在化學反應中以傳熱發光形式釋放其反應能量時發射的光；生物發光是在生物體内由于生命過程中的變化所産生的發光，如螢火蟲體内的螢光素在螢光素酶作用下與空氣發生氧化反應而發光。

另外，光波本身就是從原子、分子内輻射出的高頻電磁波，因此光波可以通過加速帶電粒子産生。如同步輻射光、轫緻輻射、切倫科夫輻射、自由電子激光等。經典物理學将發光看做原子内部帶電粒子（包括原子核與電子）因吸收外界能量而導緻其電偶極矩發生周期性變化的結果。幾何光學、波動光學、非線性光學與同步輻射光等理論完全可以用經典電動力學中電磁場理論的相關内容來解釋。

光的傳播規律

光在同種介質中沿直線傳播 [2] 。小孔成像、日食和月食還有影子的形成都證明了這一事實。

撇開光的波動本性，以光的直線傳播為基礎，研究光在介質中的傳播及物體成像規律的學科，稱為幾何光學。在幾何光學中，以一條有箭頭的幾何線代表光的傳播方向，叫做光線 [2] 。幾何光學把物體看作無數物點的組合（在近似情況下，也可用物點表示物體），由物點發出的光束，看作是無數幾何光線的集合，光線的方向代表光能的傳遞方向。這些概念顯然與光的波動本性相違背，但是如果我們所讨論的研究對象的尺寸遠遠大于光的波長，而它的細微結構也不必十分嚴密考慮的情況下，由幾何光學得出的結論還是很好的近似。（應用波動光學，可以得到光的傳播問題的嚴密的解），由于幾何光學方法簡捷，在解決光學技術問題中，經常用到它。

幾何光學中光的傳播規律有三：（1）光的直線傳播規律已如上述。大地測量也是以此為依據的。（2）光的獨立傳播規律兩束光在傳播過程中相遇時互不幹擾，仍按各自途徑繼續傳播，當兩束光會聚同一點時，在該點上的光能量是簡單相加。（3）光的反射和折射定律。光傳播途中遇到兩種不同介質的分界面時，一部分反射，一部分折射。反射光線遵循反射定律，折射光線遵循折射定律。 [3]

光速

光（電磁波）在真空中的傳播速度。公認值為 c=2.99792458×10 m/s（或2.99792458×10 km/s）（精确值），是最重要的物理常數之一。

17世紀以前，天文學家和物理學家認為光速是無限大的，宇宙恒星發出的光都是瞬時到達地球。伽利略首先對此提出懷疑，他于1607年在兩山頂間做實驗測光速，由于光速太大而實驗裝置又太粗糙，未獲成功。1676年丹麥天文學家羅默，利用天文觀測，首次測量了光速。1849年法國科學家斐索在實驗室裡，用巧妙的裝置首次在地面上成功地測出了光速。1973年美國标準局的埃文森采用激光方法利用頻率和波和測定光速為（299792 458 1.2）m/s。經1975年第15屆國際計量大會确認，上述光速作為國際推薦值使用。1983年第17屆國際計量大會上通過米的新定義為“真空中光在（1/299 792 458）s時間内行程的長度。

這樣，光速已成為定義值，它的精确度為零。今後也無需再做精密測量了。而長度單位——米、時間單位——秒是通過這個定義值直接聯系的。

狹義相對論的基本原理之一是光速不變原理。這與光速定義為一固定值是相一緻的。不過迄今還有人仍在檢驗在更高的精确度下，光速究竟是否恒定。

除真空外，光能通過的物質叫做（光）介質。

從宏觀上來說，光在介質中傳播的速度小于在真空中傳播的速度。 [3]

魚光奇觀

海洋裡的魚類，有很多能發出亮光。一般來說，能發光的魚類多居于深海，淺海裡的魚類能發光的比較少。　魚類是依靠身體上的發光器官發光的。這些發光器官的構造很巧妙，有的具有透鏡、反射鏡和濾光鏡的作用，會折射光線；有的器官内的腺細胞，會分泌出發光的物質。

還有些魚是因為魚體上附有共栖性的發光細菌，這些發光細菌在新陳代謝過程中會發出亮光。魚體上發光器官的大小、數目、形狀和位置，因魚的種類而各有不同。大多數魚類的發光器官是分布在腹部兩側，但也有生長在眼緣下方、背側、尾部或觸須末端的。

• 有"探照燈"的魚

一支在加勒比海從事科研工作的考察隊，發現了一種極為罕見的魚，在它的兩隻眼睛之間有一種能發光的特殊器官。至今，這種魚隻在1907年時在牙買加沿岸附近被捕獲過，那時當地的漁民把它叫作"有探照燈的魚"。

科學家已查明，這種奇特的魚生活在海洋170多米的深處，它的光源是一種特殊的能發光的細菌，借助其"探照燈"這種魚能照亮其前方近15米遠。

• 燦爛美麗的月亮魚

如果你有機會站在南美洲沿海岸遙望夜海，那麼将會看到海面有許許多多圓圓的月亮般的魚，這就是月亮魚。

月亮魚個體不太大，每條約重500克左右，其肉肥厚豐滿，它的身體幾乎呈圓形，魚體的一邊，體色銀亮，并能放射出燦爛的珍珠光彩。由于它的頭部隆起，眼睛很大，很像一隻俯視的馬頭，因此也有"馬頭魚"别稱。

• 迷惑對方的閃光魚

閃光魚隻有幾厘米長，它在水裡發光時，你可以憑借其光亮看清手表上的時間。魚類專家們發現，它們是用"頭燈"發光的，在它們的兩眼下有一粒發出青光的肉粒，這是閃光魚用頭探測異物、捕食食物，并與同類溝通的器官。一群閃光魚聚在一起時，人們從老遠就能看見它們。

閃光魚主要生活在紅海西部和印度尼西亞東海岸。它們白天住在礁洞深海處，晚上就沿着海床覓食嬉戲。它們頭上的閃光燈平均每分鐘可閃光75次，遇到同類時閃光頻率會發生變化，受到追逐時，也有特定的閃動頻率，用以迷惑對方。

• 光怪陸離的五彩魚光

不同的魚會發出不同顔色的亮光，同一類的魚也會發出不同顔色的光。生活在深海裡的安康魚，背鳍第一條鳍的末端有一個發光器官，能發出紅、藍、白三種顔色的光，像一盞小燈籠。它的腹部有兩列發光器，上列發出紅色、藍色和紫色的光，下列發出紅色和橘黃色的光。

生活在深海裡的角鲨，能夠發出一種燦爛的淺綠色光亮。太平洋西岸的淺海裡，有一種屬于蟾魚科的集群性小魚，它的身體兩側各生有大約300個發光器能發出奇異的光彩。在昂琉群島和新加坡島附近的海裡，有一種小寶钰魚，它的發光器官分布在消化道周圍，由于魚鳔的反射，這種魚就像看不到鎢絲的乳白電燈。

馬來亞淺海有一種燈鲈魚，能發出白中帶綠的亮光，很像月光反射在波浪上；此處的另一種燈眼魚，能發出星狀的光亮，看起來好像落在水裡的星星。

魚類所發出的光是沒有熱量的，是冷光，也叫動物光。它們發光的目的各不相同。安康魚發光是為了招引異性；松球魚遇敵侵擾時，會發出"光幕"，用來迷惑敵人，吓唬敵人，警告同類。更多魚類的發光，是為了照明，以便在漆黑的海水深處尋覓食物。

無影燈

無影燈，是一種先進的光源，它的外形是一個很大的燈盤，上面裝有許多射向各個方面的熒光燈，能把手術台所有的暗影都照亮，所以無影燈下就沒有影子了。這樣，醫生為病人做手術，視線就不會受影子的影響，保證手術順利進行。

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