光應該是日常生活中最常見的東西,最常見這句話有兩種意思,一是光確實是常見的東西,二就是人類要看清楚任何一件東西需要被看到的物件表麵有光反射到人的眼中,按照這種邏輯,光是人類所最常見的。對光,我應該是見得最多但最不熟悉的東西,根本就沒有人會告訴你光是什麼,問大人的結果也隻是光就是光,沒有光就什麼也看不見。比如晚上沒有光就什麼都看不見,什麼都是黑色的。那個時候我也不理解,為什麼有些東西就算是白天看起來也是黑色的呢?然後就有人告訴我說你看見的黑色的因為那東西本來就是黑色的,看起來自然就是黑色的。然後我又不明白了,晚上沒有沒有光反射到眼睛裏麵看什麼東西都是黑色的情有可原,白天看東西是黑色的隻能是被看的東西有問題。大人通常被這個問題問的一語不發,問題卻已然沒有答案。初中的時候接觸過色散,牛頓老先生將一束白光通過三棱鏡,結果在後麵看到了一條彩色的色帶。鑒於此現象,牛頓解釋為白色光是一種複合光,複合光通過三棱鏡的時候被展開而投影出一條彩色的彩帶。小時候經常玩的肥皂泡泡會顯得五顏六色也是因為肥皂泡泡的壁的厚度不一樣,不同的光在厚薄不一樣的泡泡壁上反射角度不一樣而呈現出來的。至於為什麼看東西會有顏色的出現則是因為物體表麵對光的吸收作用,比如說看綠色的物體,實際上的因為物體表麵吸收了紅色和藍色,把綠色反射到了人的眼睛中而看到的。在白天看到的黑色物體是因為該物體把所有的光線全部吸收了的緣故,照射到該物體表麵上的光全部被吸收,也就沒有光反射到人的眼睛裏麵看起來自然就是黑色。
在高中的時候,接觸到另外的一個概念,關於光的性質。對於光,最早的研究文獻就是來源與牛頓,在牛頓理論裏麵,光具有粒子性,即光子。之後的很多年光的理論都沒有很大的發展,直到麥克斯韋時代,偉大的麥克斯韋給光找到了歸宿——電磁。電磁波具有波的一切性質,包括幹涉、衍射現象等。光找到歸宿之後第一個要驗證的就是其血統問題,看光是否符合波的性質。雙縫幹涉實驗則是證明光的電磁血統的最好實驗,因為實驗證明光確實具有幹涉現象。光的波動性被確立。但是牛頓說光的粒子,就像一個個剛性的小球一樣,苦於找不到證據,支持粒子性的科學家們隻能選擇尋找更有力的證據。在很長的一段時間裏麵,光的波動性占了很大的優勢。同時,光的很多同胞兄弟也被找到,人能看見的光的波長範圍很窄,大概是從390nm到760nm之間,小於390nm的光稱為紫外線,大於760nm波長的被稱為是紅外線。不過紅外線和紫外線人都看不見。光的波動性的確立給光的發展給予了很大的推動作用。
19世紀初,有人號稱物理學快要結束了,隻是天空中還飄著兩朵烏雲,而這兩朵烏雲讓前人辛辛苦苦建立起來的物理大廈完全崩塌。狹義相對論的建立疏散了天上的一朵烏雲,還有一朵烏雲在天上飄蕩,那就是熱力學中,人民以為被加熱而發光的物體所發出的譜線在各個波長下都是一樣的,但是物體根本就沒有辦法實現五次巨大的能量消耗。愛因斯坦對這個問題也很感興趣,在那個時候光電效應的現象已經被大家所關注到,愛因斯坦也想看看這個現象是怎樣發生的。當愛因斯坦做完這個實驗之後發現,每種金屬都有一個激發的極限頻率,不管照射到金屬上的光線的強度如何,隻要頻率超過了某個數值,被照射的金屬就會受激發射出光子,而頻率達不到的情況怎麼不管你光的強度再怎麼大,也不能使之發射出光子。而支持光的波動說的科學家們對光電效應的解釋是,光的照射就像是給水壺裏麵的加熱,隻要時間長了,水壺裏麵的水就會沸騰,自然就會濺出水花。但實驗證明,隻要照射光的頻率小於被照射金屬的極限頻率,不管你照射多長的時間都不會有電子發出,且電子的發出的時間很短,不存在長時間照射的概念。並且愛因斯坦也讚同普朗克的光的粒子性,在這之前,普朗克也發表理論支持光的粒子性。但他本人也不是很確定這個理論的正確性,雖說這個理論很好的解釋了一些現象。直到愛因斯坦也發現了同樣的理論,普朗克心中的一塊大石才算落地,誰不希望自己千辛萬苦研究出來的東西是正確的。愛因斯坦加入粒子陣營使得光的粒子說注入了新的血脈,那些被光的波動說打壓的科學家們找到了突破口,但是光的波動說的根基是光的幹涉和衍射,就算你有再強的理論工具也駁不倒。1923年,美國物理學家康普頓在研究x射線通過實物物質發生散射的實驗時,發現了一個新的現象,即散射光中除了有原波長l0的x光外,還產生了波長l>l0的x光,其波長的增量隨散射角的不同而變化。這種現象稱為康普頓效應,康普頓效應借助愛因斯坦的光電效應裏麵光的粒子說成功的解釋了這一現象,康普頓效應進一步驗證了光了粒子性。這下使得支持光的波動性的科學家們慌了陣腳,趕緊對光的波動性進行進一步的修補。不管怎麼樣,曆史會公平公正的對待每一位辛苦耕耘在一線的科學家們,現在的理論表麵,光具有雙重性質,在少量的光子的情況下光的粒子性表現的明顯些,在大量的光子條件下則波動性表現的明顯一些,光波也被稱為粒子波。
我一直也想鬧明白光的本質是什麼,我不是一個喜歡刨根問底的人,但是對於自己喜歡和熱愛的東西,不問個究竟晚上睡覺也不安穩。在研究愛因斯坦的狹義相對論的時候,對光的本質也有所考慮,那個時候對光的概念還處於很朦朧的狀態,後來看了很多資料之後才對光的性質有一些了解,現在擺在麵前的不是了解光的本質那麼簡單,要從根本上解決這個問題還是要回到原有的基礎上。我是個不滿足的人,我也覺得那些科學巨匠對光的解釋太過複雜深奧,一向喜歡簡單處理問題的我深信,每件事都可以用簡單的模型來概括,光的本質也應該一樣可以用簡單的方法來概括,隻是現在我還找不到可以用什麼方法和邏輯來處理。但是每件事都不是孤立的,把先有的線索串聯起來是解決問題的首選辦法。毛主席就說過,斷其十指不如斷其一指,抓住主要問題,而不是對所有的問題一起去考慮。秉著這個思想,我覺得還是必須從愛因斯坦的狹義相對論入手,因為狹義相對論規定了光的速度是不變的,並且其速度是速度的極限。