#宇宙大百科#无数学者和科学家都在思考的一个“奇怪”的问题！，光是什么( 二 ) “上帝”说：要有光明！所以有了光

文章图片
19世纪末，法拉第等人对电磁学的深入研究使人们初步形成了一个概念：光实际上是一种电磁波。 1872年，麦克斯韦用四个方程完美地解释了所有的电磁现象，并推导出电磁波是以光速存在和传播的。

文章图片
我们看到的可见光实际上只是一种电磁波。 1888年，德国赫兹通过一系列实验证实了电磁波的存在！光不仅是波，而且是电磁波。除了光，无线电波、微波、红外线、紫外线、X射线、伽马射线等都是电磁波。它们之间的区别在于它们有不同的频率。到目前为止，波动理论是完善的。
“波动说”的烦恼
然而，最完美的理论也是有缺陷的。人们总是困惑于这样一个问题：既然光是波，那么什么是传播光的载体？

文章图片
笛卡尔说是以太，那么以太是什么？为什么我们人类看不见？以太，源于希腊语，最初指的是神在天空中呼吸的空气。无色、无味、无声、无所不在于宇宙间的物质。孔子的“仁” ，墨子的“兼爱”、佛教的“慈悲”、基督教的“灵魂” ，都是以太功用的结果。简而言之，以太是过去和未来最神秘的物质。寻找以太的过程也充满了哲学和宗教的感觉。以太已成为19世纪物理学家谈论最多的话题。根据已知的光的性质，推测以太是传播剪切波的固体介质，是一个绝对静态的参照系。
但是由此一来，固态的以太则可能影响天体的自由运动，而横向的振动也很可能引起纵向的振动。在关键时刻，还需要实验来说话。 1887年，迈克尔逊和默里进行了“以太漂移”实验。这是一个非常微妙的实验：如果地球相对于绝对静止的以太运动，那么如果光沿着这个方向运动，那就是光速和地球运动速度的叠加，并且沿着这个方向的传播速度更小。
通过测量两束光形成的干涉条纹数，可以准确地得到两束光之间的光程差，进而得到两束光之间的速度差。因此，只要在不同方向上测量干涉仪，就可以确定地球相对于以太的速度方向和大小。
结果出乎所有人意料之外——光速沿任何方向几乎不变，换句话说，以太是不存在的！人们开始惶然不知所措。事实上，在实验结果出来之前，瑞士某专利局的一名小职员就指出，如果放弃所谓绝对时间之类的概念，那么绝对静止的参照系——以太的概念也可以扔掉。人们要接受光速不变原理，那么就可以得到物体在接近光速情况下高速运动的物理、学，在那里运动的钟会变慢，运动的尺子会缩短。这个新物理学叫相对论，那位叫爱因斯坦的小职员作为20世纪最为卓越的物理学家开创了现代物理新世界。

文章图片
波动说的烦恼还不仅仅在于找不到“以太”这个载体，更可怕的乌云一朵接一朵地飘来。当时的实验还有另一个现象：当用紫外线照射两个金属球时，电火花似乎更易出来，即光对金属的照射可以产生电子。这就是光电效应的发现，爱因斯坦后来对其做出了解释，他认为光以粒子形式入射到金属上，金属电子将吸收其能量并逃逸出来。光的微粒说再次浮出水面！爱因斯坦把光的微粒叫做“光子” 。
光子的概念并不是他的原创，而来自于德国的普朗克对黑体辐射的解释。

文章图片
普朗克通过引入一个新的概念——把光的能量分成不连续的许多份，每一份叫做能量的“量子” ，通过统计能量量子的分布，就可以得到完全符合实验谱线的黑体辐射理论公式。把能量看成不连续的量子化，这在当时绝大部分科学家心目中是不能接受的。普朗克也因为引入能量量子而心中不安，他甚至内疚地认为不应该对经典的电磁理论提出质疑，因为它是那么地完美无瑕。只有年轻大胆的爱因斯坦，不仅勇于接受了能量量子的概念，而且成功用于解释光电效应。新的微粒说——光的量子说由此诞生。