少兒天文知識(shí)大全:光的本質(zhì)

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    我們從出生起,就與光有千絲萬(wàn)縷、不可斷絕的聯(lián)系,但光究竟是什么呢?
    距今300多年前,赫赫有名的英國(guó)物理學(xué)家兼數(shù)學(xué)家牛頓創(chuàng)立了光學(xué)這門學(xué)科。當(dāng)時(shí),牛頓認(rèn)為光是由一種彈性小球組成的。這就是所謂的光的微粒說(shuō)。
    光的微粒說(shuō)可以解釋光的反射和光的折射現(xiàn)象。
    對(duì)于光的反射現(xiàn)象,可以設(shè)想打彈子球的情形。當(dāng)彈子球在行進(jìn)過(guò)程中撞到邊框上就會(huì)被彈回。光的反彈也是這樣,光的粒子投射到像鏡子那樣光滑的表面就可以單向反射。
    對(duì)于光的折射現(xiàn)象,牛頓也提出了解釋。按照萬(wàn)有引力定律,當(dāng)光從光疏物質(zhì)(如空氣)進(jìn)入光密物質(zhì)(如水或玻璃)時(shí),由于是兩種不同的光媒質(zhì),它們對(duì)光的吸引作用就有差別。一般來(lái)說(shuō),光密物質(zhì)密度較大,它對(duì)光的吸引作用強(qiáng)些;光疏物質(zhì)密度較小,它對(duì)光的吸引作用弱些。這樣,光束由空氣進(jìn)入水或玻璃中時(shí),就會(huì)折向密度較大的水或玻璃的一側(cè)。
    光的微粒說(shuō)在解釋一些光的色散問(wèn)題時(shí)遇到了困難。
    跟牛頓同時(shí)代的荷蘭物理學(xué)家惠更斯,提出了完全不同的另一種學(xué)說(shuō)——光的波動(dòng)說(shuō)。他認(rèn)為光與聲音一樣,都是一種空氣振動(dòng)過(guò)程,這種振動(dòng)像水波那樣是一波接一波傳遞的。這就是光的波動(dòng)說(shuō)。兩位科學(xué)家各持己見(jiàn),互不相讓。當(dāng)時(shí)牛頓在科學(xué)界的威望要比惠更斯高,所以大多數(shù)人附和牛頓的看法,于是微粒說(shuō)占了上風(fēng)。
    1864年,英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋在仔細(xì)研究了光波后指出:光波是與無(wú)線電波、X射線以及γ射線一樣的電磁波,它們之間的區(qū)別僅僅是波長(zhǎng)不同。無(wú)線電波一般以米為單位,光波則比無(wú)線電波要短得多。
    這樣,麥克斯韋使光的波動(dòng)說(shuō)被大家承認(rèn)。這種光的波動(dòng)理論,雖能比較滿意地解釋光在傳播過(guò)程中產(chǎn)生的反射、折射和干涉現(xiàn)象,但卻解釋不了光電效應(yīng)。
    德國(guó)大名鼎鼎的物理學(xué)巨匠愛(ài)因斯坦于1905年提出了光子說(shuō)。
    光子說(shuō)認(rèn)為,光能是聚集成一份一份的,以不連接的形式在空中傳播。每一份光叫做一個(gè)光量子。光量子既是一種微粒,又是一種電波。光子說(shuō)把幾百年來(lái)爭(zhēng)論不休的兩種觀點(diǎn),即光的微粒說(shuō)和波動(dòng)說(shuō)統(tǒng)一了起來(lái)。
    今后對(duì)光的本質(zhì)很可能還會(huì)有新的認(rèn)識(shí)。但到目前為止,光子說(shuō)是最完美的解釋。