玉崎小王子介绍光从根本上来说是由“波”和“粒子”组成的

玉崎小王子介绍光从根本上来说是由“波"和“粒子"组成的

我们周围充满了各种各样的光，例如阳光和人造光。

对光的研究在17世纪牛顿时代开始蓬勃发展。

牛顿发现，当阳光穿过棱镜时，会被分散成各种颜色的光，从而发现太阳的白光是由各种颜色的光混合而成的。

此外，当光线被物体阻挡时会形成清晰的阴影，但如果光是一种波，就会发生一种称为衍射的波动现象，导致光线绕过物体传播到另一侧，从而无法形成清晰的阴影。牛顿认为光是由粒子组成的。

另一方面，物理学家惠更斯认为光是一种波，因为当光与其他光碰撞时，它仍然沿直线传播而不发生任何变化。他认为，如果光是粒子，它碰撞后就会改变方向。

然而，牛顿的粒子理论，凭借万有引力等发现使他一举成名，成为主流理论，惠更斯的波动理论则被埋没了100年。1805年，托马斯·杨通过实验（杨氏干涉实验）证明光具有波动性，波动理论突然占据主导地位。

到 19 世纪末，我们所能看到的许多光学现象都可以用“波动理论"成功解释。

然而，另一方面，人们发现了一些现象，只有将光视为粒子才能理解。为了解释这些现象，20世纪初，爱因斯坦（1879-1955）提出了“光子"的概念，即光的粒子，并复兴了“光的粒子理论"。

这种光是一种在空间中传播的“波"，被称为“电磁波"。这些是肉眼看不见的微小“颗粒"。

换句话说，光具有两种属性（二元性）：既是“波（电磁波）"，又是“粒子（光子）"。

根据波长的不同，光的类型也不同。

没有光，我们就什么也看不见。

光源发出的光照射到物体上并被反射，刺激人眼中的感光细胞，使我们能够感知物体的形状和颜色。可见光（电磁波）的颜色取决于其波长，分为可见光和不可见光。

可见光

人眼可见的光称为“可见光"。

人眼可感知的光波长范围下限为360–400纳米，上限为760–830纳米。通常，可见光的波长以纳米（nm）为单位（1纳米 = 1 × 10⁻⁹ (0.000000001) 米）。不同的波长对应不同的颜色，例如紫色（380–430纳米）、蓝色（430–490纳米）、绿色（490–550纳米）、黄色（550–590纳米）、橙色（590–640纳米）和红色（640–770纳米）。

不可见光包括我们日常生活中会导致晒伤的“紫外线"和电视遥控器等设备中使用的“红外线"。

红外线的

我们先来看红外线。

红外辐射是一种电磁辐射，其波长比可见红光长（频率低），但比无线电波短。红外辐射的波长范围通常在 800 纳米到 1 毫米之间，人眼不可见。

一般来说，在红外光谱中，接近可见光的区域称为“近红外"，远离可见光的区域称为“远红外"。

许多容易产生热量的频率都位于远红外线范围内，因此远红外线有时也被称为“热射线"。有一种加热设备叫做远红外线加热器，顾名思义，它们就是利用远红外线来加热的。

这些是波长约为 4 至 1000 微米的电磁波，其特性与无线电波类似。

近红外辐射是波长范围在800纳米至2500纳米之间的电磁辐射。它接近可见光的红色波段，并具有与可见光相似的特性，因此也被称为“不可见光"。它被应用于红外摄像机、红外通信、家用电器遥控器以及静脉识别（一种生物识别认证方式）等领域。

此外，近年来它在图像处理行业也引起了广泛关注。

由于近红外光具有穿透或吸收某些物质的特性，因此可以用来检查和检测从外部看不到的物体的内部状态，例如半导体晶片、电子元件和食品内部。

在图像处理行业中，近红外 (NIR) 和短波红外(SWIR) 是常用的波段，请记住这一点。

紫外线

波长比可见光短的电磁波被称为“紫外线"。就波长而言，紫外线的波长范围约为10纳米至400纳米。

紫外线比可见光能量更高，能够改变分子的化学键合方式。因此，暴露于紫外线会导致分子发生化学变化。例如，紫外线会导致晒伤，紫外线也具有杀菌作用。

阳光中含有大量的紫外线辐射，其中一些对生物体有害。然而，高层大气中的臭氧层吸收了大部分紫外线辐射，因此只有极少部分紫外线到达我们居住的地球表面。

如上所述，我们了解到，可见光谱之外是红外线和紫外线区域。“光"一词有时不仅指可见光，也指红外线和紫外线。

然而，如果我们进一步探究，就会发现我们很少再称它们为“光"。接下来，让我们来研究那些不被称为光的电磁波。

无线电波

首先，所有波长比红外线长（频率较低，能量较低）的电磁波都称为“无线电波"。

无线电波长期以来一直被用于广播和通信，并已成为我们日常生活中一部分。电视和广播、手机、无线电控制的钟表——我们周围到处都在传播着无线电波。

由于它的波长比可见光长，所以肉眼无法看到它；但如果能够看到它，将会看到怎样的景象呢？

此外，即使在“无线电波"内部，根据波长的不同，也有不同的名称。

长波用于无线电控制钟，中波到频率用于无线电和电视广播，微波用于数字广播、、GPS 系统和微波炉。

辐射（X射线、伽马射线）

接下来，让我们把注意力转向波长更短、紫外线范围之外的波段。这个区域通常被称为“辐射"。

由于其频率甚至高于紫外线，且作为电磁波的能量 ，因此会对构成生物体的分子造成毁灭性影响。正因如此，暴露于辐射被称为“辐射暴露"。

辐射大致可以分为两大类。波长在10皮米到10纳米之间的辐射，位于紫外线范围之外，被称为“ X射线"。X射线是伦琴在19世纪末发现的，即使在今天，医学等领域，例如X射线成像中，仍然使用“X射线"一词。

当波长比X射线短时，就称为“伽马射线"。在电磁波中，它的能量最高，是由核反应产生的。

X射线和伽马射线通常对人体有害，但它们常用于放射成像等医学领域以及材料评估等科学领域。

日本拥有一个名为“SPring-8"（位于兵库县播磨科学园区市）的大型实验设施，可以利用世界上性能最高的同步辐射。

该设施利用同步辐射（例如X射线和紫外线）开展各种实验，并开发出许多我们日常生活中熟悉的商品。同步辐射能够进行结构分析，这项技术被应用于环境痕量元素分析、药物研发以及洗发水等日常用品的开发。

光速是每秒30万公里。

当你打开房间里的灯时，整个房间瞬间变得明亮起来。

那么，“光速"到底有多快呢？它快得惊人，大约是“每秒30万公里"。由于绕地球一周大约需要4万公里，光在一秒钟内就可以绕地球七圈半。

第一个成功计算出光速的人是丹麦天文学家奥勒·罗默（1644-1710）。1676年，罗默根据木星及其卫星木卫一的运动推导出了光速。

罗默的计算结果估计光速为“大约每秒 220,000 公里"，这与目前的数字并没有显著差异。

170 多年后的 1849 年，一位名叫菲佐的法国学者利用镜子和齿轮制造了一个实验装置来计算光速，这一次他得到的结果更接近目前的数值：“大约每秒 310,000 公里"。

从那时起，世界各地进行了各种关于光速的实验和计算，直到 1983 年才最终确定光速为“每秒 299,792.458 公里"。

就这样，光速有限的现象在17世纪到20世纪之间得到了证明。

光速现在用字母“c"表示，它是拉丁语单词celeritas的首字母，意思是速度。