用激光笔射向夜空，如果关闭开关，先前发射那束光还会在宇宙中吗_互联网资讯_

上一篇文章和各人一路切磋了一下切原子的问题，今天来和各人聊一下光是什么。

先做一个开篇发问：用一收激光笔射向夜空中，当你封闭开关的霎时，先前射进来的那束激光还会在宇宙中传布吗？（文末解答）

光的素质是什么？

为什么同样一束光能够穿过玻璃，却不克不及穿过我们的身体或者墙壁，光在穿过玻璃而过的过程中，玻璃里发作了什么？镜子为什么能够反射光？光子没有量量，为什么光会产生光压？没有量量的光又为什么会被黑洞吸引？光照射在太阳能板上为什么会产生电流？

那连续串的为什么或许我们没有去领会过，今天我们就来探究一下，光到底是什么？

光粒子说

1638年，法国数学家皮埃尔·伽森荻(Pierre Gassendi)提出物体是由大量坚硬粒子构成的。

并在1660年出书的他所著的书中涉及到了他关于光的概念。他认为光也是有大量坚硬粒子构成的。牛顿随后关于伽森荻的那种概念停止研究，他按照光的曲线传布规律，最末于1675年提出假设，认为光是从光源发出的一种物量微粒，在平均媒量中以必然的速度传布。微粒说很容易解释光的曲进性，也很容易解释光的反射，因为粒子与光滑平面发作碰碰的反射定律与光的反射定律不异。

光粒子说示企图

光的反射现象

然而微粒说在解释一束光射到两种介量分界面处会同时发作反射和折射，以及几束光穿插相遇后相互毫无妨碍地继续向前传布等现象时，却发作了很大困难。

同时折射与反射

互不干预现象

不是粒子那是什么呢？

电场

带电体四周存在着一种特殊物量，那就是电场。记住，它是一种物量，是一种特定的存在，是用眼看不到的，但能够觉得得到的存在。不信的话，能够伸手尝尝！好比下图的静电场。我们用眼睛看不到，但是我们的头发却很“诚笃”。

静电场效果图

19世纪30年代,英国科学家法拉第提出了“电荷的四周存在着由它产生的电场”那一概念，随后物理学理论和尝试不只证明了法拉第的那一概念，并且证了然电场是一种客不雅存在的物量形式。电场是看不见、摸不着的，为了形象地描述电场中各点电场强度的大小和标的目的，法拉第还引入了电场线的概念。

比照一下上图，我们的头发是不是形象地诠释了电场线的存在？

电场那种物量不是由微不雅粒子构成的，它既不是分子，也不是原子，但它确实是存在的，不单有大小，并且有标的目的。若把一个带电的粒子放在它的四周，带电粒子就会遭到力的感化，那个力就是电场力。

磁场

磁场是一个物理概念，是指传递实物间磁力感化的场。磁场是由运动着的细小粒子构成的，在现有前提下看不见、摸不着。磁场具有粒子的辐射特征。磁体四周存在磁场，磁体间的彼此感化就是以磁场做为前言的，所以两磁体不消在物理层面接触就能发作感化。

磁铁的磁力线

磁铁为什么会产生磁场？简单的说就是磁铁那种物量的每个四氧化三铁分子所产生的分子电流在整体上是高度有序的，招致整块磁铁产生了磁性。

分子电流又称“安培电流”。分子或原子中由电子运动所构成的电流。可用以申明物量的磁性。

关于物量磁性素质的假说。由安培于1821年提出。他察看到通电螺线管有像磁体一样的感化，认为一切磁现象的根源是电流的存在。磁性物量的分子中存在着回路电流，称为分子电流，分子电流相当于基元磁体。物量的磁性就决定于物量平分子电流对外界的磁效应的总和。分子电流与导线中通过的宏不雅电流是有素质区此外，安培的假说把永磁体产生的磁场与宏不雅电荷运动产生的磁场同一了起来。安培的假说与现代对物量磁性的理解是相当契合的，所以仍被接纳。按照安培假说，基元磁体两个磁极对应于圆形电流的两个面，显然那两个面是不克不及零丁存在的，由此很容易解释磁体的N、S两极不克不及零丁存在的原因。

电磁场与电磁波

我们晓得了电场，也晓得了磁场，那两个工具在一路就缔造了一个叫电磁场的工具。打个例如，电磁场就像一汪安静的湖水，突然有人扔了一颗石头进去，就构成了水波向远方传布开，你在湖东岸扔的石头，最末水波会传到湖的西岸。

电磁场的向别传播就构成了电磁波。

电和磁能彼此转化，按中学物理教科书的说法，便是交变的电场能产生磁场，交变的磁场又能产生电场。让我们想象一下，电场产生磁场，磁场产生电场，然后电场又产生磁场，无限轮回下去，电场和磁场就会以波的形式向别传播进来。

电磁波示企图

电磁场包罗电场与磁场两个方面，别离用电场强度E（或电位移D）及磁通密度B（或磁场强度H）暗示其特征。根据麦克斯韦的电磁场理论，那两部门是慎密相依的。电磁波的传布速度与光速相等。

电磁波是能量传布形式的一种，但凡高于绝对零度的物体，城市释出电磁波。且温度越高，放出的电磁波波长就越短。

光是电磁波的一种

写到那里，我们揭秘光的此中一种比力支流的解释，光属于一种电磁波。只是我们人类定义频次在380~750兆赫，波长在390nm - 780nm（纳米）之的电磁波叫做可见光，而关于动物来说，它们眼中的光和我们大差别。

电磁波谱表-可见光波谱

好比动物中的北美驯鹿就是能看到紫外线的佼佼者。它们眼中的蘑菇可能是那个样子的。

驯鹿每年城市迁移，在迁移过程中，他们依靠紫外线，分辩地衣，地衣是他们迁移途中的次要食物。操纵紫外线，他们还能分辩出食肉动物的尿液和白雪，因为尿液吸收紫外线，而白雪反射紫外线，那使得驯鹿能够制止偶遇食肉动物。

再好比蛇，它们能感知红外线，并不是通过眼睛，而是通过热窝构造，然后在大脑中AI出猎物的红外影像再与视网膜图像叠加。

而关于短波收音机来说，它们“看到”的“光”是波长10~100米的电磁波。

而假设人类眼睛能看到4G发射台发出的电磁波，我们站在高处将会看到如许的气象。

若是光是电磁波的一种，那么来解释一下玻璃为什么是通明的？那个问题应该问成，玻璃那种材量在可见光范畴内看起来为什么是通明的？因为有些电磁波在穿过钢化玻璃时信号会衰减得很凶猛，那么对那些波段来说，玻璃就不是通明的，而是类似毛玻璃的效果。

镜子的造造原理其实很简单，就是在通明的玻璃外表镀一层不通明的金属膜（现代造镜凡是是镀银），使其外表可以成像。那么，为什么玻璃通明而金属不通明呢？

简单来说，玻璃之所以通明是因为它无法吸收可见光，而金属不通明是因为它吸收了可见光。那个事理听起来很容易理解，那么，决定物量能否吸收可见光的因素是什么呢？

可见光做为一种电磁波，自己是含有能量的，因而，物量原子中的电子能够借助可见光的能量停止跃迁。不外跃迁能否胜利，还要取决于那种物量中电子的活泼度。好比金属，金属容易成为导体申明此中的电子比力容活泼，当可见光照射到金属外表，此中所含的能量马上被金属中的电子吸收，光线能量敏捷衰减，使得金属看起来不通明。而玻璃是绝缘体，申明此中的电子不活泼，所以光波的能量不会被电子吸收。就从玻璃介量中传布过去了。

金属都是以金属键连系而成的金属晶体,金属原子以最慎密堆积形态摆列,金属内部有自在电子,它的运动范畴是整块金属,当白光照到金属外表时,自在电子能吸收所有波长的光,随即又反射出来,因而绝大大都金属(除金呈黄色、铜呈赤红、铯呈浅黄、铋为淡红、铅为淡蓝以外)都呈现雪白色光泽。

不外，金属的那种不通明，是基于可见光的能量前提（差别波长的电磁波能量也差别）。若是改动那个前提，情况就会发作变革。

我们晓得，可见光是电磁波中波长范畴在400～800nm的部门。除了可见光，电磁波中还有其他为我们所熟知的部门，好比微波炉所利用的微波，其波长范畴是1mm~1m；还有病院用来查抄身体的X射线，其波长范畴是0.01～10nm。

在可见光形态下，我们的身体是不通明的，我们不克不及透过皮肤和肌肉看清体内的骨骼和器官；但是在X射线前提下，肌肉和骨骼吸收X射线的才能差别，我们能够通过X射线，清晰地看到骨骼和器官。

X光照片

因而，假设存在一种射线，连金属中电子跃迁所需的更低能量都无法到达。那么，在那种射线前提下，金属就是通明的。

或者我们也能够测验考试把金属打磨到无限薄，薄到此中的电子含量能够忽略不计。在那种情况下，金属吸收的能量十分有限，即使遭到可见光的照射，看起来也有可能是通明的。

有通明的金属吗？

目前有一种质料，兼具通明和导电的特量，常被应用于手机和平板电脑屏幕，那种质料就是ITO，即氧化铟锡。

氧化铟锡是一种半导体。半导体中的能带不是持续的，能带和能带之间存在着能量差别。因而，与金属中的电子比拟，半导体中的电子需要吸收更多能量才气完成跃迁。

为了在高空避免风挡结霜，客机风挡上会涂抹一层氧化铟锡薄膜。氧化铟锡既能导电又通明。

氧化铟锡薄膜在可见光下呈现干预彩虹

光电效应

图片是中国空间站上的太阳能帆板，是把光酿成电的安装。光电效应是物理学中一个重要而奇异的现象。在高于某特定频次的电磁波照射下，某些物量内部的电子吸收能量后逸出而构成电流，即光生电。

光电现象由德国物理学家赫兹于1887年发现，而准确解释那一现象的人是爱因斯坦。科学家们在研究光电效应的过程中，物理学者对光子的量子性量有了愈加深切的领会，那就招致光只是电磁波的说法遭到了挑战。

让科学家绝望的光双缝干预尝试

光电效应里电子的射出标的目的不是完全定向的，只是大部门都垂曲于金属外表射出，与光照标的目的无关。光是电磁波，但是光是高频震荡的正交电磁场，振幅很小，不会对电子射出标的目的产生影响。

光电效应申明了光具有粒子性。相对应的，光具有颠簸性最典型的例子就是光的干预和衍射。到那里科学家只能认为光同时具有粒子性也同时具有颠簸性。称为光的波粒二象性。

光的最新解释-光量子说

光量子假说的次要概念：光子是光线中照顾能量的粒子。一个光子能量的几与波长相关, 波长越短, 能量越高。当一个光子被物体的分子吸收时,就有一个电子获得足够的能量从而从内轨道跃迁到外轨道,具有电子跃迁的分子就从基态酿成了激发态。光子具有能量，也具有动量，更具有量量，根据量能方程，E=MC^2=HV, 因为光子无法静行，所以它没有静态量量，而具有相对论量量。

光子是传递电磁彼此感化的根本粒子，是一种标准玻色子。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彼此感化的前言子。与大大都根本粒子比拟，光子的静行量量为零，那意味着其在实空中的传布速度是光速。与其他量子一样，光子具有波粒二象性：光子可以表示出典范波的折射、干预、衍射等性量；而光子的粒子性则表示为和物量彼此感化时不像典范的粒子那样能够传递肆意值的能量，光子只能传递量子化的能量。对可见光而言，单个光子照顾的能量约为4×10-19焦耳，如许大小的能量足以激倡议眼睛上感光细胞的一个分子，从而引起视觉。除能量以外，光子还具有动量和偏振态，但单个光子没有确定的动量或偏振态。