光這東西可真神奇,它從遠古的篝火時代到現代的萬家燈火,一直都是我們生活中不能缺少的一部分。不過,你有沒有想過,這光到底是什么呢?
比如說吧,在夜晚,當你在黑暗中打開手電筒時,一束光會瞬間照亮遠處的黑暗,讓你在那一刻感受到一種莫名的安全感。可是,當你關閉手電筒的那一剎那,光線又立即從你眼前消失了。那么,光真的就消失了嗎?如果它真的消失了,那它又是通過什么方式“消失”的呢?
實際上,要回答這個問題并不難,只要對一些量子力學的基礎知識有所了解,就能明白。接下來,讓我們一起了解一下吧。
光到底是什么?
對光的研究,可以追溯到公元前幾百年,不過那個時候,人們主要就是對光的規律現象進行總結。
我國的大思想家墨子通過“小孔成像”的實驗,首次得到了“光沿直線傳播”這個結論。過了兩百年后,古希臘的數學家歐幾里得在他的著作《光學》里面,又很詳細地解釋了光的反射原理,還通過數學的辦法對其進行了證明,不過他對于光的其他現象,就沒給出啥解釋了。
一直到盧克萊修這個羅馬人出現,他首次跳出固有的思維模式,提出光其實是由微粒組成的“微粒說”,這就把人們對光的研究方向引到光的本質層面上來了。
后來,皮埃爾·伽桑狄還有牛頓這些科學家對光的“微粒理論”展開了深入的研究。
牛頓通過他的三棱鏡實驗,發現了光的色散現象。這個發現很好的的解釋了光的折射和反射現象,但它卻無法解釋光的衍射和干涉現象。
直到托馬斯·楊的“雙縫干涉”實驗出來,人們才逐漸認識到,光實際上具有波粒二象性。這意味著光在某些情況下表現得像波,而在另一些情況下表現得像粒子。到了1905年,愛因斯坦的“光電理論”終于把光的“波粒二象性”給統一起來了,一直到現在這都是最權威的解釋。
當我們關閉手電筒后,光子會就此消失嗎?
其實不是這樣的,那些發射出去的光子依舊會沿著路徑繼續向前傳播,即便它們已經離開了我們的視線范圍,但并沒有徹底消失。
光是能夠一直傳播下去的,一直到被某種介質給吸收掉。就好比太陽光抵達地球,會被大氣層以及表面的物體吸收、反射一樣。例如,宇宙大爆炸之后38萬年產生的“宇宙微波背景輻射”,它的光子可是在宇宙中傳播了138億年才最終抵達地球的。
由此可見,光子能夠存在非常長的時間。
這里給大家舉個簡單的例子,當你把一塊石頭扔到水中之后,就會產生水波。而這些波呢就是物質的一種表現形式,會向四周擴散開來。要是水面足夠大的話,距離投石點越遠,水波的幅度就會越小,最后慢慢消失掉,這是因為水這種介質把波的能量給吸收了。
另外,水中的一些雜物,還有岸邊,也會吸收一部分能量。所以,水波不會無限制地積累變大,而是會慢慢消失不見。
當石頭投入水中的那個瞬間,雖然“震源”很快就沒了,但波已然形成了。同理,光也屬于物質的一種,光需要有光源來進行發射,即便光源消失了,可發出去的光依舊是存在的,并且還會繼續傳播,只是強度會隨著距離的增加而減弱,并且會被途中碰到的物體所吸收。
這種現象為啥難以理解呢,主要是因為光速太快了,不容易直觀地去感受。實際上呢,光的這種現象和水波挺像的,要是你能把光想象得慢一些,或者設想一下自己處在一個更為廣闊的空間當中,這種現象就比較容易理解了。
看到這里都明白了吧,光的形成離不開光源,但一旦光子釋放出來了,它就能自主傳播,不會因為光源消失就消失掉,而是會一直傳播下去,一直到被介質吸收。
最后值得一提的是,除了我們肉眼能夠直接觀察到的可見光之外,像那些我們肉眼難以直接觀察到的電磁波,比如X射線、紅外線等等,它們也都屬于光的范疇。
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