光是什么?
欢迎观看创新与探索的科普文章,我将以最通俗易懂的语言为您介绍科学知识。
我们从以太开始讲…
为什么“以太”不存在早已被实验证实了,还有很多人坚信其存在
以太的提出
以太这个物质是科学家们早期在研究天体宇宙时提出的一种假设性物质,据说亚里士多德最早在古希腊时期就提出了,16世纪的笛卡尔也认为天体围绕太阳转一定是由于天体之间充满了以太才没有分散开(那时候甚至都不知道引力一说),还有人认为天体之间并非虚空,(否则为什么不掉下去)呵呵,别笑!这么想在那个年代没啥奇怪的!那个时候甚至都没有三维空间的概念,大地都认为是平的。
16世纪的“天体运行论”
后来1678年惠更斯在研究光的传播时,认为既然声音是依赖于介质传播的,那么光的传播也一定依赖物质!所以真空绝对不可能真的空,宇宙空间充满了看不见摸不着的“以太”!后来光的粒子说占了上风,以太说开始衰落。科学家们百年来做了无数的实验都没有能够检验到所谓以太这种物质的存在,还是有很多的人坚称:以太只是人类检测不到,并不能证明其不存在!
为什么坚信以太的存在呢?
因为在研究未知现象时,人们对一些物理现象难以解释时,通常都会先假设一种逻辑或物质(理论模型),然后进行仔细的推敲验证,并一次次对前面的理论模型进行修正迭代,这是现代科学探索的思维途径。以太说从一开始对天体研究过程中因不知道引力的概念,而提出;到研究光线在真空宇宙中传播时,受限于不知道声波和光的本质不同,又再次将其引入。所以以太是一块砖,哪里需要往哪里搬!呵呵!
如今还有人坚信以太的存在,那说明其根本没有搞清楚光和声的本质区别,以及引力的本质等基础物理。
声与光不同在哪里
现在我们都知道,声音不是一种物质,声音是物体振动的机械波,所以声音不是独立存在的,声音是物体振动的现象体现!所以声音传播必须依赖物质,而且物体的密度越大振动传播的速度也越快传播距离也越远,没有物质及其振动也就不存在声音。
而光是一种物质(光子),光子是原子核外电子能级跃迁时(瞬间)发射出去的一坨能量!所以光的传播如一颗子弹打出去,光子的飞行当然不需要依赖介质。所以光子是有质量的,绝不是没有质量,只是光子的质量无限小几乎为零,以至于科学家们忽略了认为光子没有质量!之所以有些人还坚持认为以太必然存在,错就错在没有认清“声音不是物质,而光本身就是物质”这根本区别!请把这句话念三遍!
原子理论模型的谬误
在百年来的微观物理学领域,我们的科学家们提出的各种假设物理理论模型都是以基本粒子进行假设去验证,所以我们的原子电子等基本粒子都被设计成了球体,从来就没有以非固体形态去设想!因为理论模型的谬误,造成了微观粒子研究的很多困惑。
当今主流的原子模型
事实上现在多数科学家们已经非常清楚,电子根本不是颗粒状,但许多科学家们还没有认知到电子它其实是一坨能量,它不是一粒一粒的,而是一坨一坨!类似“云”,所以现在称之为“电子云”。
光子其实是一坨能量
光子是原子核外电子能级跃迁时打出去的一坨能量,对!光子就是能量,它是不是颗粒状的粒子,你在任何教科书上还看不到这种说法!目前可能就本文这么说!
激光光子的飞行轨迹
2015年,苏格兰赫利瓦特大学的研究者使用速度为67皮秒(万亿分之一秒)的单光子敏感阵列超高速相机,首次拍摄下了绿色激光光子在空气中飞行反射的画面。可以清楚地看到光子就是一坨而不是一粒。
光到底是粒子还是波
在光的“粒子说”成为主流理论观点后,科学家们又发现光同时还有波的属性,因此,光到底是波还是粒子一直吵个不停。首先,已经很明确,光它是物质,光的传播根本不依赖介质,真空/虚空不但不影响它的飞行而且没有物质的阻碍反而更有利于光的飞行,注意!描述光的飞行请不要再用“传播”这个词,否则思维还是会陷入必须依赖介质才能传播的思维误区。
其次,光子并不是颗粒状,而是一坨的状态,一坨能量!这坨能量并非如吐出去的一坨痰那样(静态形态飞行),而是自身有着振动的特性,一束光的大量光子都有各自的振动方向,但都是围绕着飞行轴线360°一周的振动,称之为光的偏振现象。利用这个原理可以制造一种镜片,过滤光子,只允许某一振动方向的光子通过,这就是目前利用偏振镜片眼镜过滤夏天太阳强反光炫光,以及观看偏振图像3D电影的原理。
自然光经过偏振镜滤光得到偏振光
光为什么会有波粒二象性
所以,说到这里就很清楚了,光既然是物质,跟声音的本质不一样,但为什么光也会有波的特性:因为光子是自身在振动,而声音是依赖于其他物质的振动!所以光子也有波的特性,但光的飞行并不依赖任何介质;光是光子的飞行,而声音是物质振动的传播!
作者本人并非专业的科学家,在论述过程中难免有些许理论和逻辑谬误,但人类的科学探索从一开始就是从一个又一个的假设理论模型开始,然后再逐步仔细验证,不断修正和迭代的过程。欢迎广大网友共同讨论,批评和指正!
浙江嘉兴的科学爱好者 吴迪
2022-9-24