張?zhí)觳牛禾剿鞴獾膴W秘

光之起源

從地球上有了人類開始，人類便與光相識(shí)了。光到底是何時(shí)才出現(xiàn)的？最早的光出現(xiàn)在宇宙大爆炸后的38萬年，自從宇宙爆炸后，光就來到了地球上，人類通過光認(rèn)識(shí)到了世界。人類之所以能認(rèn)識(shí)光全靠眼睛，眼睛可以看到不同波長的光所反射出的顏色。這并不是一種“奇跡”，而是人類的一種生理和心理反應(yīng)，其實(shí)這就是光子的作用。

1905年，愛因斯坦把組成光的能量的這種最小的基本單位叫做“光量子”。一直到了1926年，美國物理學(xué)家劉易斯才把它換成了今天常用的名詞， 叫做“光子”。這一概念的形成帶動(dòng)了實(shí)驗(yàn)和理論物理學(xué)在多個(gè)領(lǐng)域的巨大進(jìn)展，例如激光、玻色-愛因斯坦凝聚、量子場(chǎng)論、量子力學(xué)的統(tǒng)計(jì)詮釋、量子光學(xué)和量子計(jì)算等等。獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的美國科學(xué)院院士J. Hall教授曾說過：“光的狀態(tài)可以用波函數(shù)來描寫，波函數(shù)主要描寫的單粒子體系是某一時(shí)刻的狀態(tài)。所有由波函數(shù)描寫的光的狀態(tài)都稱為量子狀態(tài)。”

光連世界

自從光來到地球上后，它就成為了人類生活、工作、學(xué)習(xí)中必不可缺的一部分，地球上的每一寸土地、每一個(gè)部分都需要光。為了強(qiáng)調(diào)光對(duì)人類生活以及未來社會(huì)發(fā)展的重要性，2015年被國際組織定為國際光年，這不僅是一個(gè)全球性的行動(dòng)，更是一個(gè)難得的契機(jī)。

因?yàn)橛辛斯猓澜缫渤蔀榱诉B續(xù)而不可分的，既然世界也是連續(xù)無限不可分的，那么原子是否也是不可分割的呢？答案是肯定的，因?yàn)樵邮亲钚〉奈镔|(zhì)微粒子，原子既有堅(jiān)實(shí)性，并且還“捉摸不定”。

太陽與月亮是由原子組成的，原子運(yùn)動(dòng)引起碰撞，原子下落中偏離方向產(chǎn)生渦旋，形成渦旋運(yùn)動(dòng)，從而形成各類星體。一般來說，世界上的物質(zhì)都是由原子組成的，世界統(tǒng)一為原子。

原子的質(zhì)量極小，質(zhì)量主要集中在質(zhì)子和中子上。原子核外分布著電子，電子躍遷產(chǎn)生出光譜，每當(dāng)所有質(zhì)子數(shù)相同的原子組成元素時(shí)，每種元素大多有一種不穩(wěn)定的同位素，可以進(jìn)行放射性衰變。隨著人類的進(jìn)步，原子逐漸從抽象的概念演變成為科學(xué)的理論，原子核以及電子屬于微觀粒子，它們構(gòu)成原子，而原子又可以構(gòu)成分子。

光之結(jié)構(gòu)

在物理學(xué)中有62種基本粒子，光子是跟人類最親近的基本粒子，黑暗中哪怕只有一個(gè)光子，人眼也能看得見。歐幾里德曾認(rèn)為：光是眼睛發(fā)出的，由眼睛發(fā)出的光沿直線傳播，經(jīng)物體反射回到眼睛形成視覺。但經(jīng)科學(xué)研究我們知道，光的反射就像帶箭頭的小球，光是從光源發(fā)出的，它在空中呈球狀向四面八方輻射開來。從一個(gè)點(diǎn)光源發(fā)出的光線的能量不是連續(xù)不斷地?cái)U(kuò)散到越來越大的空間，光包含了有限數(shù)目的能量子，這些能量子在局域空間中不斷移動(dòng)、不能被分解，只能以完整的單元被產(chǎn)生和吸收分離，它不能再分成更小的單元。

那么光有沒有波動(dòng)性呢？光確實(shí)也是一種波，光的波動(dòng)性被雙縫干涉試驗(yàn)證明。光在本質(zhì)上就是一個(gè)一個(gè)的光子、一個(gè)一個(gè)小點(diǎn)，像一粒一粒沙子，并且還有確定的位置，它們像光但又不是光波，它像波浪一樣，是彌散的，不在某個(gè)確定的地方，而是很大的某個(gè)區(qū)域。

講了這么多，這些其實(shí)都是光子結(jié)構(gòu)的測(cè)量。在量子電動(dòng)力學(xué)中，光子結(jié)構(gòu)的測(cè)量一般都依賴于電子以及正負(fù)電子對(duì)撞時(shí)深度非線性散射的觀測(cè)。光子既能以無尺寸粒子，即輕子的方式參與相互作用，也能以一組夸克和膠子的集合體，即強(qiáng)子的方式參與來決定光子的結(jié)構(gòu)，光子的結(jié)構(gòu)并不是像質(zhì)子那樣由傳統(tǒng)的價(jià)夸克分布，而是由輕子的漲落而形成的部分子的集合。

如今，人類通過光子研發(fā)出了許多偉大的發(fā)明，如顯微鏡，它的出現(xiàn)對(duì)人類觀察微觀世界極為重要，直接導(dǎo)致了生物學(xué)等其他學(xué)科領(lǐng)域的重大進(jìn)展；望遠(yuǎn)鏡，它的出現(xiàn)讓人類對(duì)宇宙有了新的認(rèn)知；計(jì)算機(jī)，它的出現(xiàn)使人類進(jìn)入信息時(shí)代；激光，它是20世紀(jì)光學(xué)最重要的技術(shù)之一。