光的本质人类研究了2000年才有了权威的解释。
这个问题放在1900年之前,甚至连科学家都无法窥探其本质。
你可以说光是能量,也可以说光是光量子,也可以说光是电磁波,这都是正确的。
我不用说的那么麻烦,我想大家都知道原子结构吧。
原子核被外围一层电子包围着。这些电子以电子云的形式分布在原子核外围。
说电子是电子云并不是说电子是云状的,而是人类无法同时确定电子的位置和速度信息。所以电子的轨道只能以概率来描述。这种概率概述就是我们常说的电子云。
电子在原子核外也是按照能级排列的。一般情况下电子可以释放能量,从激发态跃迁到基态。
而释放的能量就是光量子,这个就是光。
不过只有光子的波长在380nm~780nm之间的时候,才能被人的肉眼看见。如果波长不在这个范围,那么我们就无法看见。无法看见的光也就是我们常说的电磁波。
可见光就是波长在特定范围内的电磁波而已。
而且光子是微观粒子,任何微观粒子都具有波粒二象性。
由于自然界存在不确定性原理。我们无法同时确定电子的位置和速度,也无法同时确定光子和所有微观粒子的位置和速度(也可以视为动量)。
如果我们把光子的位置测得越准,那么光子就更倾向于粒子态,如果把动量测的越准,那么光子更倾向于波动态。反正光子的波动性和粒子性是其内秉属性。
这就是光,它是能量吸收和释放得基本单位。
什么是光?
我们都知道,光是一种“电磁波”,或者光是由“光子”构成的。但这一切意味着什么呢?
波粒二象性我们先回到17世纪。
英国科学家艾萨克·牛顿(1642-1727)认为光是一束“微粒”或粒子。一个同样聪明的荷兰科学家克里斯蒂安·惠更斯(1629-1695)却坚信光是一种波。
自那时候起,关于光的本质,科学家们进行了几百年争论。
在某些方面,用粒子和用波都能解释光的一些表现,比如光的反射,你既可以认为光是一束匀质硬性小球,碰到物体表面被弹回,又可以认为光是波,它从物体表面反射回来,就像海浪从海堤上“反射”回来一样。
但还存在一些现象,让我们只能把光当成波,比如光的干涉和衍射条纹的出现。又有一些,让我们只能把波当成粒子,比如光电效应。
这个问题的真正答案,与其说是物理学,不如说是哲学和心理学的问题。我们对世界的理解是基于我们的眼睛和大脑对世界的理解。有时,在我们看来,光的行为像波;有时候光看起来像是一股粒子流。我们有两个思维上的分门别类,光并不完全适合它们中的任何一个。但事实上,光的本来面目,与我们的思维模式并不完全相符。
在300年后,终于“光具有波粒二象性”由爱因斯坦和德布罗意等科学家定论。
光从何而来?我们都知道能量守恒,能量是不能凭空出现的,它必须来自某个地方。宇宙中有固定数量的能量,没有任何过程产生或破坏能量——它只是把一些现有的能量转化成一种或多种其他形式。它适用于光和其他任何东西。
那么光从何而来呢?
原子是构成万物的微小粒子。如图,原子的大部分质量集中在中心的原子核(红色),由质子和中子聚集在一起构成。电子(蓝色)以壳层的形式围绕原子核排列(或称为轨道或能级)。电子的能量越大,它离原子核越远。
当原子处在稳定的“基态”,电子在它们正常的位置。
当它们吸收能量时,一个或多个电子被踢出原子核,进入更高的能级。我们说原子现在是“被激发的”。
然而,一个被激发的原子是不稳定的,它会迅速地试图回到它稳定的基态。电子从高能态衰变为低能态,多余的能量就会以光子的形式辐射出去。
还有其他的机制也会产生光。如果带电粒子加速(或减速),就会发射出光子。如果一个粒子与它的反粒子碰撞,两者都可以湮灭,以光子的形式释放能量。
光是电磁辐射的一种形式。光是人类肉眼可见的唯一能量形式。
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