對于人類而言,光首先是照亮世界的奇妙現象,它讓萬物顯現于我們眼中。失去了光,我們會怎樣?自人類睜開雙眼、觀察世間以來,太陽便被尊為光明之神、生命與安全之源。而後理性質疑的出現,讓我們開始思考光這一現象的本質。那麼,光是什麼?
光是由物質産生的一種能量形式。為了了解它是如何産生的,我們必須先研究物質的組成成分,即原子。
原子有點像一個蜂巢,周圍有大群的蜜蜂:蜂巢對應原子核,而大群的蜜蜂代表原子核周圍的電子雲。
然而,原子核和電子擁有一個特殊的屬性:它們都帶電。更重要的是,它們攜帶的電荷是相反的。我們将原子核攜帶的電荷稱為“正”電荷,而電子攜帶相反電荷,即“負”電荷。在原子粒子的世界裡,對立面相吸;因此,原子核和電子在原子内是相互吸引、相互束縛的。
此外,蜜蜂和電子之間還有一個重要的差别在于:蜜蜂可以在蜂巢周圍各處自由飛舞,但電子不行;盡管原子核與電子之間存在相互作用力,但電子們隻能在特定距離的“軌道”(科學家們稱之為“軌道”)上飛行。
雖然電子并不能随心所欲地選擇它們在原子核周圍的位置,但它們可以通過改變所在軌道來調節自身與原子核之間的距離。要做到這一點,電子需要改變自身的能量,使之與将要前去的軌道能量相符。
舉個例子,如果電子要從一個遠離原子核的軌道前往一個更加靠近原子核的軌道,它們需要釋放部分能量。被釋放的能量具有帶電成分,而且如所有帶負電的物質一樣,這部分能量還具有磁性。電子正是以被稱為光子的小 "能量包 "形式,擺脫其多餘的能量。
光子是一種能量粒子,沒有質量,移動速度極快。奇怪的是,移動中的光子與物質相互作用的形式與波一樣,也就是類似水面上的波。又因為這種波既帶電又具有磁性成分,所以我們稱之為“電磁波”。
由是可知,光子與電磁波在某種意義上是同義詞。在日常用語中,它們擁有一個共同的名字:光。但事實上,一個光子其實是一個“光粒子”,而電磁波則是“光波”。
光最廣為人知的定義,是一種能夠産生視覺感覺的物理現象。物理學研究證明,光是電磁波,其在真空中波長約為550納米,上下浮動三分之一左右。通過環境适應效應,這些不精确的限制範圍随物種變化,并對應地球表面太陽輻射照度最高的電磁波譜區域。
研究光的學科被稱為光學。由于光的傳播規律與其他電磁輻射的傳播規律大體相同,更何況它們的波長接近可見光譜,因此光學的研究範圍常常會延伸包含紅外線和紫外線範圍内的其他電磁波。正因如此,我們談論黑光、紫外線和紅外線時,有時會使用可見光一詞避免造成歧義。光,包括那些看不見的輻射,将太陽的大部分能量帶到地球表面,并通過植物的葉綠素光合作用再生氧氣,來維持自然環境的平衡。
對于人類來說,光不僅對視覺至關重要,而且也是幸福和社會生活的重要組成部分。照明是即是藝術也是工業,要遵守法律标準;生理光學更加關注人類對光的感知;測光學将電磁輻射的物理測量與人類的視覺聯系起來;比色學則與顔色的感知有關。
光具有非常強烈的象征意義:它使我們接觸物體之前就能感知到物體,而且在所有人類文明之中,它都被認為與知識息息相關。
BY: astro-canada
FY: 蕭
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