光,一个大家熟悉却又陌生的物质,那它到底是什么呢?

光是能量的一种形式

对于我们人类而言,光首先是一个可以照亮万物并让我们能够看到世界的这样一个神奇的存在。要是没有它,我们还能够做什么呢?当人类睁开双眼,看到所处的这个世界开始,人类就开始崇拜太阳,这位太阳之神,主宰着我们的生命和安全。当人类开始用理性思考,我们就开始探索光的物质基础,所以,光到底是什么东西呢?

光是由物质产生的一种能量。要想知道光是如何产生的,首先需要了解物质的基本组成,也就是原子。

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一个原子,我们可以把它想象成是一个蜂窝,周边呢,有成群的蜜蜂在环绕着它飞行。这个蜂窝就是原子核,而蜂群呢,就是围绕着原子核的电子。

原子核和电子有着一个非常特殊的性质,他们带电。并且,他们所带的电荷是正好相反的。所以,人们把原子核所带电荷成为正电荷,电子所带的成为负电荷。在他们所处的这个微小世界里,电性相反的电荷是相互吸引的。因此,在一个原子里,他的原子核和电子们互相吸引。

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当然,原子里的电子,和蜜蜂还是有很大不同的。蜜蜂呢,可以在蜂巢边上随意乱飞,但是电子呢是绝对不可能这样乱飞的,虽然他们都受到原子核的吸引,但他们只能在某些轨道上运行,和原子核保持着非常精确的距离。科学家们把这些轨道成为原子轨道。

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虽然电子在原子核外任意的地方出现,但它还是可以改变轨道,从而改变自己和原子核之间的距离。为此,它就需要改变自己所带的能量,来和新的轨道适配。

比如,一颗电子如果要从距离原子核较远的轨道转移到距离原子核较近的轨道,它需要释放一些能量出去。这些被释放出来的能量,带有电的属性,此外,正如所有其它带负电的物质一样,这些能量还具有磁性。所以电子的多余能量,就以一种“小能量包”的形式释放出来,它们被称为光子。

一个光子是一颗能量微粒,它没有质量,传播非常快。还有一个奇怪的现象,运动中的光子能够和物质起作用,它就变成像水面上的波一样。而这个波因为具有电性和磁性,所以被叫做电磁波。

所以光子和电磁波从这个意义上可以被看做是同一个东西。在日常用语里,他们都有一样的名字,也就是光。所以,光子就是指“光的粒子”,而电磁波就是指“光的波”。

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通常,光被人们认为是一个能够引起视觉的物理现象。这些能够被看到的光,在物理学里,其实是指在真空里的波长为550nm左右的电磁波。范围差不多在180nm到730nm之间,但这个具体的数值范围也会根据介质、环境而改变。

研究光的学科叫做光学。鉴于其他电磁辐射的传播规律和光类似,尤其是那些波长靠近可见光的电磁波,因此光学也研究这些在紫光和红光以外的领域。它们被称为黑光,紫外光或者红外光。为了避免和这类不可见光发生混淆,我们就用可见光这个名称来指代我们平时所指的光。正是这些可见光和不可见的光,传递了大量的太阳能量到地球表面,植物叶绿素利用光能产生氧气,维持自然环境的平衡。

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对于人类而言,我们的视觉依赖光,此外光在人类的健康福利以及社会生活方面都有重要的作用。照明就是一项将光按照标准进行的艺术化和工业化的应用。生理光学研究人类如何感知光。光度学将电磁波的物理维度与人类视觉联系起来。色度学研究人类对颜色的感知。

光还有一个非常重要的象征意义。因为光可以让我们在触碰到某个东西之前就先感知到它,因此它在很多人类文化里都象征了知识。

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相关知识

光通常指的是人类眼睛可以见到的电磁波(可见光),视知觉就是对于可见光的知觉[1]。可见光只是电磁波谱上的某一段频谱,一般是定义为波长介于400至700奈米(nm)之间的电磁波,也就是波长比紫外线长,比红外线短的电磁波[2][3]。有些资料来源定义的可见光的波长范围也有不同,较窄的有介于420至680nm[4][5],较宽的有介于380至800nm[6][7]。在电磁波中,电场与磁场互相垂直。

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而所有的非可见光也可以被称为光,如紫外光[8]、红外光[9]、X光[10]。

光是一种电磁波,光在杨氏双缝实验中体现波衍射的特性。在光电效应中,光是由光子的基本粒子组成的粒子流。因为光同时具有粒子性与波动性,所以说光具有“波粒二象性”。

BY: astro-canada

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参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.原文来自:http://astro-canada.ca/la_lumiere-light-fra

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