光是一种肉眼可以看见(接受)的
电磁波(
可见光谱)。在科学上的定义,光有时候是指所有的电磁波。光是由一种称为光子的基本粒子组成。具有
粒子性与
波动性,或称为
波粒二象性。
光可以在真空、空气、水等
透明的介质中传播。
光的速度:真空中的光速是目前宇宙中已知最快的速度,在物理学中用
c表示
光在真空中1s能传播299792458m。也就是说,真空中的光速为
c=2.99792458×10
8m/s。在其他各种介质的速度都比在真空中的小。空气中的光速大约为2.99792000×10
8m/s。在我们的计算中,真空或空气中的光速取为
c=3×10
8m/s.(最快,
极限速度)光在水中的速度比真空中小很多,约为真空中光速的3/4;光在玻璃中的速度比在真空中小的更多,约为真空中光速的2/3。如果一个飞人以光速绕地球运行,在1s的时间内,能够绕地球运行7.5圈;太阳发出的光,要经过8min到达地球,如果一辆1000km/h的赛车不停地跑,要经过17年的时间才能跑完从太阳到地球的距离。
人类肉眼所能看到的可见光只是整个
电磁波谱的一部分。
电磁波之可见光谱范围大约为390~760nm(1nm=10
-9m=0.000000001m),
自身发光的物体称为光源,光源分
冷光源和
热光源。如图为人造光源。
夜空中的礼花
有实验证明光就是
电磁辐射,这部分电磁波的波长范围约在红色光的0.77微米到紫色光的0.39微米之间。波长在0.77微米以上到1000微米左右的电磁波称为“红外线”。在0.39微米以下到0.04微米左右的称“紫外线”。红外线和紫外线不能引起
视觉,但可以用光学仪器或摄影方法去量度和探测这种发光物体的存在。所以在光学中光的概念也可以延伸到红外线和紫外线领域,甚至
X射线均被认为是光,而
可见光的光谱只是电磁光谱中的一部分。
人眼对各种波长的可见光具有不同的敏感性。实验证明,正常人眼对于波长为555nm(
纳米)的黄绿色光最敏感,也就是这种波长的辐射能引起人眼最大的视觉,而越偏离555nm的辐射,可见度越小。
光速取代了保存在巴黎国际计量局的铂制米原器被选作定义“米”的标准,并且约定光速严格等于299,792,458m/s,此数值与当时的米的定义和秒的定义一致。后来,随着实验精度的不断提高,光速的数值有所改变,米被定义为(1/299,792,458)s内光通过的路程,光速用c来表示。
光是地球生命的来源之一。光是人类生活的依据。光是人类认识外部世界的工具。光是信息的理想载体或传播
媒质。
据统计,人类感官收到外部世界的总信息中,至少90%以上通过眼睛。
当一束光投射到物体上时,会发生反射、折射、干涉以及衍射等现象。
光线在均匀同种介质中沿直线传播。
光波,包括红外线,它们的波长比微波更短,频率更高,因此,从电通信中的微波通信向光通信方向发展,是一种自然的也是一种必然的趋势。
普通光:一般情况下,光由许多光子组成。在荧光(普通的太阳光、灯光、烛光等)中,光子与光子之间,毫无关联。即波长不一样、相位不一样,偏振方向不一样、传播方向不一样,就像是一支无组织、无纪律的光子部队,各光子都是散兵游勇,不能做到行动一致。
光遇到水面、玻璃以及其他许多物体的表面都会发生反射(reflection)。垂直于镜面的直线叫做
法线;
入射光线与法线的
夹角叫做
入射角;
反射光线与法线的夹角叫做
反射角。在反射现象中,反射光线、入射光线和法线都在同一个平面内;反射光线、入射光线分居法线两侧;反射角等于入射角。这就是光的反射定律(reflection law)。如果让光逆着反射光线的方向射到镜面,那么,它被反射后就会逆着原来的入射光的方向射出。这表明,
在反射现象中,光路是可逆的。反射在在物理学中分为两种:
镜面反射和
漫反射。
镜面反射发生在十分光滑的物体表面(如镜面)。两条
平行光线能在反射物体上反射过后仍处于平行状态。凹凸不平的表面(如白纸)会把光线向着四面八方反射,这种反射叫做
漫反射。大多数反射现象为漫反射。
光线从一种介质斜射入另一种介质时,传播方向发生偏折,这种现象叫做光的
折射(refraction)。折射光线与法线的夹角叫折射角。如果射入的介质密度大于原本
星光
光线所在介质密度,则折射角小于
入射角。反之,若小于,则
折射角大于入射角。若入射角为0,折射角为零,属于反射的一部分。但光折射还在同种不均匀介质中产生,理论上可以从一个方向射入不产生折射,但因为分不清界线且一般分好几个层次又不是平面,故无论如何看都会产生折射。如从在岸上看平静的湖水的底部属于第一种折射,但看见
海市蜃楼属于第二种折射。
凸透镜、
凹透镜这两种常见镜片所产生效果就是因为第一种折射。
在折射现象中,光路是可逆的。