光是什么物质? 光是物质吗?

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光分为人造光和自然光。我们之所以能够看到客观世界中斑驳陆离、瞬息万变的景象,是因为眼睛接收物体发射、反射或散射的光。光与人类生活和社会实践有着密切的关系。

严格地说,光是人类眼睛所能观察到的一种辐射。由实验证明光就是电磁辐射,这部分电磁波的波长范围约在红光的0.77微米到紫光的0.39微米之间。波长在0.77微米以上到1000微米左右的电磁波称为“红外线”。在0.39微米以下到0.04微米左右的称“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摄影方法去量度和探测这种发光物体的存在。所以在光学中光的概念也可以延伸到红外线和紫外线领域,甚至X射线均被认为是光,而可见光的光谱只是电磁光谱中的一部分。

光具有波粒二象性,即既可把光看作是一种频率很高的电磁波(1012~1015赫兹),也可把光看成是一个粒子,即光量子,简称光子。

光是地球生命的来源之一。

光是人类生活的依据。

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质。

据统计,人类感官收到外部世界的总信息中,至少90%以上通过眼睛……

光就其本质而言是一种电磁波,覆盖着电磁频谱一个相当宽(从X射线到远红外)的范围,只是波长比普通无线电波更短。人类肉眼所能看到的可见光只是整个电磁波谱的一部分。

当一束光投射到物体上时,会发生反射、折射、干涉以及衍射等现象。

光波,包括红外线,它们的波长比微波更短,频率更高,因此,从电通信中的微波通信向光通信方向发展,是一种自然的也是一种必然的趋势。

光由光子组成。
光量子,简称光子,是传递电磁相互作用的基本粒子,是一种规范玻色子。光子是电磁辐射的载体,而在量子场论中光子被认为是电磁相互作用的媒介子。与大多数基本粒子(如电子和夸克)相比,光子没有静止质量[爱因斯坦的运动质量公式m=γm0(1/γ=(1-β²)½,β=v/c)中,光子的v
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c,使得公式分母为无穷小量(0),但光子的运动质量m具有有限值,故光子的静止质量必须为无穷小量(0)。
光是能量的一种传播方式。光源之所以发出光,是因为光源中原子、分子的运动,主要有三种方式:热运动、跃迁辐射(包括自发辐射和受激辐射),以及物质内部带电粒子加速运动时所产生的光辐射。前者为生活中最常见的,第二种多用于激光、第三种是同步辐射光与切伦科夫辐射的产生原理。

光,具有波粒二像性。

以牛顿为首的粒子学说,曾经在历史上占有主导地位。认为光是一种粒子。具有反射、折射、直线传播等性质。

后来,杨氏双缝干涉试验,发现光具有波动性。随后发现光具有衍射和干涉性质。从此波动学说成为主导。

麦克斯韦在总结前人的基础上,完善了电磁学说,建立了完美的麦克斯韦方程组,成功的解释了各种电磁现象。麦克斯韦通过解决数学方程组,发现存在一种叫做电磁波的物质,并提出光也是一种电磁波。不久,赫兹在实验室里验证了电磁波的存在。

爱因斯坦在1905年发表了四篇重要论文。其中一篇,因此获得诺贝尔奖,这就是解释光电效应的论文。爱因斯坦,认为光是具有粒子性的,它的能量是量子化的,不连续的。

不久,德布罗意的博士论文,论证物质波的存在,并获得了诺贝尔奖。从而,解释了物质都具有波粒二像性的性质。

在现代物理学中,光学属于物理学中一个独立的分支。对它的研究,主要以波动学说为主,但是在解释能量等方面,又借助于粒子学说。这是光的两个方面。

光,理所当然的属于哲学意义里的“物质”概念

虽然我们每天都在接触光、应用光,但要问道:光是什么?却很少有人能给出精确定义。在经典物理学上,粒子理论认为光是由一个个独立的光子构成的。到十七世纪晚期Christian Huygens提出了波动理论,认为光是一种特殊的波而不是粒子集合。1807年Thomas Young又用光的衍射行为进一步证实了这一理论。可就在人们决定接受新的波动理论的同时,却不知如何去解释用粒子理论很好理解的光的镜面反射行为。光到底是什么,是一种粒子,还是一种波?

1905年爱因斯坦提出了著名的光电效应,认为紫外线在照射物体表面时,会将能量传给表面电子,使之摆脱原子核的束缚,从表面释放出来,因此爱因斯坦将光解释成为一种能量的集合——光子。后人又将这一理论进一步深化,创建了量子物理,认为一切物质都具有波粒二相性,只是二者所占比例不同,所以光既是一种波,同时又是由一个个光子所构成。但光作为一种独特物质,它的波动性还是占主要方面。

为了更好地理解光的波动性,我们首先来看看大家熟悉的水波。虽然名为水波,它却不是由水构成的,而是由穿过水的能量形成,也就是说当你用手在水中滑动,使之形成水波由左向右传播,但这并不是左边的水向右运动的结果,而是你将自身的能量传递给水,它借助波的形式在水中传播,此过程中水分子只是上下振动并没有离开原来的位置。举一反三,所有的波都是运动的能量,传播时大多都需借助类似于水的不同的介质。光波也是如此,只是略微复杂一些,能量以电磁场的形式存在,可以不依靠介质在真空中传播。

与其他波相似,光波也有波长、频率等几个主要表征参数。我们平日熟悉的可见光、红外线、紫外线、x射线等说法就是光波按波长划分后的叫法,其中可见光的波长是在4000到7000埃(1埃=十亿分之一米)之间,光谱右端波长最短的γ射线只有1埃,左侧波长最长的电磁波的却可以达到几个厘米甚至几米。根据公式:c(光速)=λ(波长) X ν(频率)可知,光速作为一个定植,所以不同波长的光,频率也就不同。可见光的频率范围处在430万亿赫兹(红光)与750万亿赫兹(紫光)之间,整个光谱的频率却可小到十亿赫兹之下(电磁波),大到3 X 10 10 十亿赫兹之上(γ射线)。作为能量的一种传播方式,光能E = hυ(υ—频率),即波的能量与频率成正比,不同频率的波具有不同的能量,可见光中紫色光的能量最高,红色光的能量最低。

光是人类眼睛可以看见的一种电磁波,也称可见光谱。在科学上的定义,光是指所有的电磁波谱。光是由光子为基本粒子组成,具有粒子性与波动性,称为波粒二象性。光可以在真空、空气、水等透明的物质中传播。对于可见光的范围没有一个明确的界限,一般人的眼睛所能接受的光的波长在380~760nm之间。人们看到的光来自于太阳或借助于产生光的设备,包括白炽灯泡、荧光灯管、激光器、萤火虫等。因为光是人类生存不可或缺的物质,光的成语非常多,也有同名的歌曲。

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