關(guān)于光的物理本質(zhì)

曾慶松 湖南省長沙市南雅中學(xué)

關(guān)于光的物理本質(zhì)

曾慶松 湖南省長沙市南雅中學(xué)

關(guān)于光的物理本質(zhì)，學(xué)術(shù)界的爭論一直都存在，其中最為突出的兩種關(guān)于光的學(xué)說，一種是以牛頓為代表的微粒學(xué)說，一種是以惠更斯為代表的波動學(xué)說。而事實(shí)上，我們通過在高中物理中的學(xué)習(xí)，可以了解到經(jīng)過大量的科學(xué)研究表明，光的物理本質(zhì)是一種電磁波。本文從高中生角度，對光的物理本質(zhì)進(jìn)行探討。

光 物理本質(zhì) 電磁波

光學(xué)是物理學(xué)的重要組成部分，為更好的學(xué)習(xí)有光學(xué)的相關(guān)知識，我認(rèn)為首先最重要的，我們應(yīng)該搞清楚光的物理本質(zhì)，這對我們高中生來說，也是學(xué)習(xí)光學(xué)最基本的要求。因此，我們首先要了解關(guān)于光的物理本質(zhì)的各種學(xué)說，并了解光的物理本質(zhì)究竟是什么。

1 關(guān)于光的物理本質(zhì)的學(xué)說

1.1 牛頓的微粒說

從高中物理的學(xué)習(xí)中，我們知道微粒說最重要的支持者是牛頓，他認(rèn)為光是一種粒子流，是發(fā)光物體所發(fā)出的，并按照力學(xué)的規(guī)律做等速運(yùn)動。由于光存在折射、反射等現(xiàn)象，且能夠進(jìn)行直線傳播，而微粒說能夠?qū)鈧鞑ブ械倪@些現(xiàn)象進(jìn)行解釋。并且，微粒說認(rèn)為光的傳播速度會受到傳播介質(zhì)的影響，其在水中的傳播速度比在空氣中的傳播速度更大。在牛頓的微粒說中，還對光的顏色理論進(jìn)行了闡述。牛頓通過光的色散實(shí)驗，在實(shí)驗中設(shè)置一個小孔，并讓太陽光通過此小孔，而在暗室中放置有棱鏡，當(dāng)通過小孔的光束照在棱鏡上時，在其對面的墻壁上就會出現(xiàn)彩色的光譜。于是，牛頓認(rèn)為可將光的復(fù)合和分解現(xiàn)象，近似的看做是顏色不同的微粒被先被混合在一起，然后又被分開。

1.2 惠更斯的波動說

在對光的物理本質(zhì)進(jìn)行解析時，我們知道存在與微粒說不同的另一種學(xué)說，那就是惠更斯的波動說。惠更斯認(rèn)為光是一種機(jī)械波，其傳播需要依靠一定的介質(zhì)，而這種介質(zhì)具有彈性，也就是光是依靠“以太”來傳播的。對于光的折射和反射規(guī)律，波動說同樣能對其進(jìn)行解釋。并且，波動說還能解釋光傳播中的雙折射現(xiàn)象。與牛頓的微粒說不同的是，惠更斯認(rèn)為光在水和空氣中傳播時，前者是速度比后者小。由于牛頓在物理界具有很高的威望，且對于光的直線傳播，微粒說更能對其進(jìn)行直觀的闡釋，所以很少人能夠接收波動說。

2 關(guān)于光的物理本質(zhì)

2.1 關(guān)于光的電磁理論

電磁理論是由英國著名的物理學(xué)家麥克斯韋提出的，在此理論中，麥克斯韋認(rèn)為有電磁波的存在，而光就是電磁波的一種形式。在此之后，赫茲以實(shí)際的實(shí)驗告訴人們，麥克斯韋的預(yù)言是正確的。因此，我認(rèn)為人們對光的認(rèn)識就是從這個時候改變的，光是一種電磁波的理論被普遍接受，而光是一種機(jī)械波這種說法則不再成立。在赫茲以后，科學(xué)家們用不同的理論對“光是一種電磁波”進(jìn)行了驗證。于是，波動光學(xué)便形成，且其理論基礎(chǔ)就是電磁理論。

2.2 粒子性

粒子性即光的量子理論，在波動光學(xué)的研究取得一定成果時，其進(jìn)一步發(fā)展卻遇到了瓶頸，對于黑體輻射、光電效應(yīng)等，光的波動理論無法給予合理的解釋。并且，根據(jù)光的波動理論，存在于真空中的光速應(yīng)該是恒定不變的。但是，如果從經(jīng)典力學(xué)的角度對光速進(jìn)行探討，則會發(fā)現(xiàn)光速在不同的慣性系中是不同的。我認(rèn)為這就是經(jīng)典力學(xué)與電磁理論相矛盾之處。愛因斯坦假設(shè)存在一個人，其運(yùn)動速度能夠達(dá)到光的速度，且其能夠與光一起前行，因此，從這個人的角度來看，光就應(yīng)該是靜止的。根據(jù)電磁理論，如果電磁波處于振動狀態(tài)，那么其就不可能被觀測到，且波永遠(yuǎn)是處于運(yùn)動狀態(tài)的。換言之，在宇宙中根本不存在參照系，能夠說明光是靜止的。因此，愛因斯坦認(rèn)為，無論在哪種參照系中，光的速度都是一樣的。就在這時，愛因斯坦提出了狹義相對論，通過光的量子論對光電現(xiàn)象進(jìn)行了解釋，指出在微觀世界中存在波粒二重性，并利用分子動理論對布朗運(yùn)動進(jìn)行了詳細(xì)的闡釋。

2.3 光子的波粒二重性

光子具有波粒二重性。根據(jù)《宇宙的起源于演化》，由于光子的組成包括A粒子，中子的微子，兩者共同構(gòu)成纏繞體粒子，而兩個中子微子所構(gòu)成的纏繞體粒子則是一個A粒子。在此著作中，首先對光子的漂移速度進(jìn)行了假定，即假定此速度為0。如果其速度不為0，則可判斷出光子是波的一種形式，是由三個中子微子在波動狀態(tài)下進(jìn)行組合才形成的。當(dāng)此速度為0時，光子則是三個中子微子波動的駐波。然后，從整體性的角度來看待這三個中子微子，其就是質(zhì)量為三個中子微子質(zhì)量和的粒子。由此可見，光子具有波粒二重性。

綜上所述，關(guān)于光的物理本質(zhì)，有以牛頓為代表的微粒說，也有以惠更斯為代表的波動說，而人們對前者的認(rèn)可度更高。隨著光的學(xué)說的不斷發(fā)展，關(guān)于光的電磁理論、粒子性等理論開始涌現(xiàn)出來。所以，普遍認(rèn)為愛因斯坦的狹義相對論，才能夠?qū)怆娦?yīng)等進(jìn)行解釋。

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