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光是什麼?光是由什麼組成,為何有多種顏色存在呢?

由 科學風火輪 發表于 攝影2021-06-16
簡介然而,光總是在螢幕上的不同點被吸收,所以它是單個粒子,而不是波

光分為什麼和什麼兩種

光是粒子和波。光具有粒子和電磁波的特性,但並非全部。它是由光子波組成的。

物理學界的偉大人物幾代人都在爭論光的性質,爭論的焦點是光是粒子還是電磁波。幾個世紀以來,這種神秘而晦澀的現象一直困擾著科學家。因為在定義這個特性的每一個實驗中,行為似乎都在改變。

光是什麼?光是由什麼組成,為何有多種顏色存在呢?

簡言之,光是自然界中的一種異常現象,被視為波和粒子。這種可變性是量子力學的基本理論之一。讓我們看看如何讓人們得出這個重要的結論。

光是什麼?光是由什麼組成,為何有多種顏色存在呢?

光是粒子

光是粒子的概念最早是由牛頓提出的,但在愛因斯坦看來,光是由粒子組成的,只有當光是由粒子組成的時候,才能解釋光的反射和折射特性。

光是什麼?光是由什麼組成,為何有多種顏色存在呢?

波不沿直線傳播,也不具有牛頓和愛因斯坦所提到的性質。但如果這是對的,為什麼粒子會拒絕光呢?部分原因是粒子定義沒有屬性。粒子是具有某些性質(如質量和體積)的小塊或數量的物質。最小的光單位被認為是一個光子,它根本沒有質量。此外,牛頓時代之後和愛因斯坦時代之前的其他研究人員進行的實驗表明,光具有波浪狀的特徵,因此這些研究人員認為光是能量而不是物質。

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不,只是電磁波

一些科學家,包括菲涅爾楊和麥克斯韋,已經研究了類似光波的性質。波是從一個點到另一個點的能量轉換,沒有物質轉換。進行了單縫衍射實驗,這對建立類似波的光學性質,如楊氏干涉和衍射等具有重要意義。將光束穿過狹縫,觀察狹縫後另一個螢幕上的燈光影象。

光是什麼?光是由什麼組成,為何有多種顏色存在呢?

如果牛頓的光粒子理論是正確的,那麼螢幕應該是一個形狀和大小與狹縫相同的光圖案。然而,事實上,如能量波所示,螢幕上的光會更大程度地擴散或衍射,這意味著光在干擾“干擾”是指兩個波(稱為線性系統)增大或減小彼此的強度,從而導致合成波的大小振幅的現象。

愛因斯坦與光電效應

光是什麼?光是由什麼組成,為何有多種顏色存在呢?

愛因斯坦我們觀察到當光與金屬接觸時,電子從金屬表面飛出。如果光只是波,那麼這種現象是非常罕見的。這種光電效應的特殊性在於,從金屬表面飛出的電子的能量不會隨著光的強度而改變(強光,當光被抽走時,會使光電子變大,即能量)。

光是什麼?光是由什麼組成,為何有多種顏色存在呢?

圖表:波粒二象圖顯示,從不同角度觀察同一物體時,可以看到兩種不同的圖案。

愛因斯坦隨後提出,光是由一小包能量組成的,這些能量實際上是以波的形式傳播的。他設想的粒子是光子,他推測當電子與物質中的光子碰撞時,它們會被後者的能量吸收並飛走。他接著指出,光子被擊中的頻率越高,飛行電子的能量就越大。雙縫實驗證明了這一點。

光是什麼?光是由什麼組成,為何有多種顏色存在呢?

圖:托馬斯楊雙縫實驗得到的干涉圖樣。

雙縫實驗方法與單縫實驗方法相同,但螢幕上有兩條平行縫,只有一條縫,雙縫面板後面的螢幕上再次觀察到光的運動。光與波相似。當它透過雙間隙時,會干擾光波,在螢幕上形成不同光影的光暈。不會發生的。然而,光總是在螢幕上的不同點被吸收,所以它是單個粒子,而不是波。後來,安裝在狹縫上的探測器觀察到,每個光子只通過一個狹縫,這是粒子的行為,而不是波的行為。

換句話說,光可以有很多屬性,但是現在你可以停止談論光的本質了。