光到底是什麼東西?人類花了2000年才搞明白!
光在我們這個世界裡是最常見的。我們的世界之所以不是黑暗的,完全在於太陽光的沐浴。可是光到底是什麼?光是物質還僅僅是一種現象呢?它的本質令人很難捉摸透徹。
其實早在兩千年前,古人就對光做出來判斷,可惜那時候的人類只是憑感覺認識這種自然現象,認為光是神賦予人類的神聖之物。在封建時代,人類還沒有形成系統化的科學思維,這個問題一直拖到了17世紀,才有較大範圍的討論。
最典型的便是牛頓。牛頓認為光就是由一種極小的實體微粒構成的,這也很好的解釋了光為什麼沿直線傳播的現象。因為在牛頓眼裡,光是一種極小的微粒,它們在傳播的過程中自然符合慣性定律,正是因為光是一種微粒才導致光沿直線傳播。牛頓在當時的科學界擁有極強的聲望,所以光的微粒說一度佔據了人們的主流思想。
其實在這段時間內,荷蘭物理學家惠更斯也提出了光的波動說,認為光的傳遞就和水波一樣。然而牛頓老大哥在科學的聲望一直鎮壓住了光的波動說。之後人們才慢慢發現,光的微粒說並不是完美的,因為它解釋不了光的衍射和干涉現象。這時候的人們也很糾結,光的微粒說貌似是正確的,因為它是牛頓的觀點,光的波動說貌似也是正確的,畢竟光的波動說可以很好的解釋光的衍射和干涉現象。
其實人們接受了光的波動說之後,也並不能確定光到底是怎麼一種波,到底是聲波還是類似於水波呢?19世紀60年代,麥克斯韋預言了電磁波的存在,並認為光的本質就是電磁波。
直到普朗克提出了能量量子化的概念,人類才有了新的思維工具來理解光的本質,愛因斯坦藉助了普朗克的量子化概念,並認為光是由光子構成的,光子是一種基本粒子,也叫光量子。
之後的人類發現,光不僅有波動性也具有粒子性。如果我們不去觀測光子,它會同時表現出粒子性和波動性,一旦觀測了光子,它就會瞬間表現出粒子性。這就是量子力學中疊加原理,在宏觀上的體現就是薛定諤的貓。其實量子力學已經告訴我們了,光的本質現象就是波粒二象性的,它既有粒子性又有波動性。
其實到目前為止,人類對光的本質還在進一步探索中,目前最新的物理理論還停留在光具有波粒二象性的認知水平上。或許光的本質更複雜,也或許光的本質就停留在波粒二象性上就終結了。至於最終結果,還需要人類進一步努力!
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