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1、第一章：像夸父追日一样，我们追光，是为了得到光明！夸父追日是一个传说，但表达了人类勇敢的探索精神。夸父的结局不太美， 但我们人类“追日”的成果很美。是的，在黑暗的宇宙空间中，我们需要更多的 光，来照亮我们的前路。今天这篇文章，就是关于光的。后面的几篇文章，也会是关于光的知识。我 在猜想对光的所有实验的总结，会得到一个什么推理或猜想。对于我来说，非常 重要。对于大家来说，也同样重要。关于光的研究，可以追溯到几百年前。但我要例举的这些实验其实距离我们 并不远。一起来看看吧。首先我要说的是，关于光的认识我们最先是研究光的反射，折射，运动速度 等现象，后来由麦克斯韦统一了电磁学后，才认识到光其实是一种
2、电磁波。再后 来，进行了光电效应，光的衍射，干涉等实验，使得光从宏观走到了量子层面。 所以从这个认识上来说，光这个概念，在物理学中的位置很微妙，它是有承上启 下的作用的。所以对于的光的本质认识，是我们人类必 须克服的难题。直到现在光的速度，光的质量， 光的波粒二象性等都还是人类津津乐道的话 题，也是科学家还在不断深入研究的对象。现代物理学的两大支柱相对论和量子力 学，哪一个都不能缺少光。有的人甚至说只要 把光【电磁波】的本质研究到位，宏观的，量 子的问题都能迎刃而解；还有人说光就是破解宇宙的密码。不管怎么样，我们先 走进光的神奇世界，慢慢揭开它的面纱。1、光的反射.关于光的反射，可以说是我们最
3、早就开始研究的内容。光射到两种不同的介 质时，便有部分光自界面射回原介质中的现象，称为光的反射。大概有这么三种反射情况：反射光 线与入射光线、法线在同一平面上；反 射光线和入射光线分居在法线的两侧； 反射角等于入射角。可归纳为：“三线 共面，两线分居，两角相等”光具有 可逆性。光的反射现象中，光路上是可 逆的。还有我们初中就知道了，光的反射 分为镜面反射，漫反射，方向反射。方 向反射是介于漫反射和镜面反射之间反射称为方向反射，也称非朗伯反射，其表 现为各向都有反射，且各向反射强度不均一。2、光的折射光从一种透明介质斜射入另一种透明介质时，传播方向一般会发生变化，这 种现象叫光的折射。理解：光的
4、折射与光的反射一样都是发生在两种介质的交界处，只是反射光返回原介质中，而折射光则进入到另一种介质中，由于光在两种不同的物质 里传播速度不同，故在两种介质的交界处传播方向发生变化，这就是光的折射。光的折射和介质的折射率有 关。折射率定义：光从真空射入介 质发生折射时，光在发生折射时入 射角与折射角符合斯涅尔定律。即 入射角i与折射角r的正弦之比n 叫做介质的“绝对折射率”，简称 “折射率”。公式：n=sini/sinr ，这条公式被称为斯涅尔公式。同一介质对不同波长的光，具有不同的折射率。可见光折射率通常随着波 长的减小而增大，即红光最小、紫光最大。接下来我们来说说光的全反射。从光密介质进入光疏
5、介质时入射角增大到某临 界角时，会产生全反射。临界角公式为：匚订。（C为临界角）当光射到两种介质界面，只产生反射而不产生折射的现象。 当光由光密介质射向光疏介质时，折射角将大于入射角。当入射角增大到某一数 值时，折射角将达到90,这时在光疏介质中将不出现折射光线，只要入射角 大于或等于上述数值时，均不再存在折射现象，这就是全反射。所以产生全反射的条件是：光必须由光密介质射向光疏介质；入射角必 须大于或等于临界角（C）。所谓光密介质和光疏介质是相对的。两物质相比，折射率较小的，光速在其 中较快的，就为光疏介质；折射率较大的，光速在其中较慢的，就为光密介质。 例如，水折射率大于空气，所以相对于空气
6、而言，水就是光密介质；而玻璃的折 射率比水大，所以相对于玻璃而言，水就是光疏介质。临界角是折射角为90度时对应的入射角（只有光线从光密介质进入光疏介 质且入射角大于或等于临界角时，才会发生全反射。）上面这些内容，知识是我们初中就学习的内容，教科书更多的是从宏观角度 去教我们认识光的。可是这本书名字叫见微知著是从量子角度来认识世界 的。所以我们有必要从量子角度来理解光的反射和折射。首先我们应该知道光的 本质是一种电磁波。人眼可以看见的电磁波。光波是一种高频的电磁辐射。光波 与界面原子分子发生相互作用导致其传播方向的改变、相位及偏振变化，以及 能量和能流的重新分配。这就是反射和折射的本质。在现实生
7、活中，我们就常见到是的漫反射。可是上面我们介绍了反射和全反 射。反射是存在的，全反射存在吗？其实在我看来，绝对意义上的 全反射是不存在的。有以下几点原 因。一、界面的“光滑”不绝对， 也就是没有绝对光滑的界面。也就 是说任何界面是有摩擦力的，都是 凹凸不平的。那么根据菲涅耳和惠 更斯的波动说，次波在P点处所引 起的振动的振幅与r成反比。这相 当于表明次波是球面波。光粒子就 难免会被漫反射。二、真空不空，光的所携带的 能量，在传播过程中不能保证不损 失，不能保证光子不与空间中的能量发生交互。三、光是量子的光，与界面接触，不能保证不被界面吸收能量，或者折射 部分光粒子。比如太阳光照到我们人身上的时
8、候，一部分光穿过人的身体而去, 一部被人体吸收，还有一部分被漫反射回空气中。所以真正意义上的全反射，全折射都是不存在的。这是教科书上通常不严 格提醒学生的。最后大家要记住，光的反射，折射等都主要体现了光的波动性。所以在本 章中多以“光波”来说。为什么这么说呢？如果光不体现光的波动性，只是粒 子性。那么光子就会穿过很多的物体，而不会发生反射，折射。正是因为光具 有波动性，所以这样的情况不会发生。光波是一种特定频段的电磁波。光在传播过程中有两个垂直于传播方向的分 量：电场分量和磁场分量。当电场分量与介质中的原子发生相互作用，引起电子 极化，即造成电子云和原子荷重心发生相对位移。其结果是一部分能量被吸收, 同时光在介质中的速度被减慢，方向发生变化，导致折射的发生。就像我上面说的，反射和折射不能用粒子性解释。在利用近代理论解释光的 折射和反射过程中，也不能理解为粒子碰撞。实际上可以理解为部分光子透射、 部分光子反射。但是如果想问是哪个光子反射、哪个光子折射，实际上是办不到 的。因为光子只代表电磁场能量分布，其出现多少代表了电磁场的能量大小。在 光入射到物质表面时，部分电磁场能量透射，形成折射光，部分电磁场能量反射, 因此在折射和反射方向都能探测到光子。所以多去体会和理解光的波动性，对于这一章是很有帮助的。生命在于运动，更在于探索。灵遁者摘自独立学者，作家，艺术家灵遁者量子力学科普见微知著
