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条目作者郭奕玲

郭奕玲

最后更新 2022-01-20
浏览 766
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在物理学中指的是各种波长的电磁辐射。但通常说的光,常狭义地指能引起人眼视觉的波长介于400~760纳米的电磁辐射,即可见光。广义上说,光包括各种波长的电磁辐射,其中有无线电波、微波、太赫兹辐射、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。

英文名称
light
所属学科
物理学

波长在760纳米~1毫米,介于红光和微波之间的电磁波叫红外线。从400~10纳米,介于紫光和X射线之间的电磁波叫紫外线。X射线的波长约从100~0.01纳米,介于紫外线和γ射线之间,上限与紫外线重叠,下限与γ射线相接。红外线、紫外线以及X射线虽不能引起人的视觉,但可用光学仪器进行检测。电磁波谱中的各个成员和可见光一样,都具有一定的能量,可与物质产生相互作用,都具有波动性,可发生反射、折射、干涉和衍射等现象。

光在一定的条件下表现出波动性,而在另外的条件下表现出粒子性。表征光的粒子性的是光子,光子的能量和动量与光的频率和波长的关系是:


式中为普朗克常数。光的波长越短或频率越高,则其光子的能量与动量越大。

光与物质会发生相互作用,作用的性质随光的物理量及物质的性质而异。光可透过物质,也可被物质吸收、反射、散射或发生偏振等。另一方面,当物质受到电磁辐射或其他能量(如电能或热能)作用被激发后,又会以光的形式将能量释放出来。

人类认识光的本性,经历了漫长的过程。历史上微粒说与波动说之争由来已久。19世纪以前微粒说比较盛行。微粒说把光看成是由微粒组成,认为这些微粒按力学规律沿直线飞行,因此光具有直线传播的性质。但随着对光认识的深入,发现了许多不能用直进性解释的现象,如干涉、衍射等,用光的波动性就很容易解释,这样光的波动说占了上风,特别是1807年T.杨和1815年A.-J.菲涅耳相继以双缝干涉实验和衍射理论发展了光的波动说。光速的测定也支持了波动说,两种学说推证光在介质中的速度,得出了截然不同的结果。微粒说认为光密介质光速比光疏介质的大,而波动说认为光密介质光速比光疏介质的小。1850年,J.-B.-L.傅科终于用旋转镜法测出了水中的光速比空气中的光速小,有力地支持了光的波动说。然而,最有力的证据还是来自J.C.麦克斯韦的电磁场理论(1865)和H.R.赫兹所做的电磁波实验(1887)。麦克斯韦指出光是一种电磁波,无疑是经典物理学最重要的结论之一,而光的波动说也因此发展到光的电磁理论。进入20世纪,热辐射和光电效应的实验结果导致M.普朗克和A.爱因斯坦先后提出能量子假说和光量子假说。这是在新的基础上认识光的粒子性,这个基础就是光的波粒二象性。光的量子理论——量子光学终于在20世纪后半叶建立起来。现在,人类对光的认识主要有光线光学(几何光学)、波动光学、光的电磁理论、量子光学几个理论体系。

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