光是大自然的奇跡之一，我們習(xí)以為常，因?yàn)槲覀兠刻於伎吹剿?。我們不僅看到了它，而且除了它什么也沒看到?！翱匆姟钡亩x是與電磁波相互作用，光子擊中我們的眼睛。光線是分散的，不同的波長表現(xiàn)出不同的顏色，我們看到的一切都是光的表達(dá)。
如果我們把光廣義地定義為電磁波譜上的每一種輻射，那么我們能看到的光就更多了。我們的眼睛是一套探測器，可以探測電磁波，但只能探測到特定波長范圍內(nèi)的電磁波。其他的波長的波可以借助儀器“看到”。用不同波長的光來觀察宇宙可以讓我們看到人類無法看到的東西。
在不同波長下觀察到的銀河系。從頂部最長的無線電波到底部最短的伽馬射線。
光是一種波，但光也是一種粒子。每個(gè)粒子也是一個(gè)波，這就波粒二象性。就像電子一樣，當(dāng)它在空間中傳播時(shí)，它表現(xiàn)得像波一樣，但當(dāng)它被測量時(shí)，它可以作為單個(gè)粒子被探測到。
這兩種定義實(shí)際上只是同一情況的兩個(gè)方面，但光子包括電子等其他粒子的內(nèi)部構(gòu)造既不是波也不是電子，它們是一些我們還沒有完全理解的東西。
現(xiàn)代物理學(xué)中更完整的定義是將物質(zhì)和能量最基本的組成單元定義為量子場，每個(gè)粒子都有一種類型的場。因此，每個(gè)基本粒子都有一個(gè)電磁場，一個(gè)上夸克場等等。
電磁力思維導(dǎo)圖
讓我們分開來看一看關(guān)于光概念的定義，首先從電磁波和電磁波譜開始。
作為電磁波的光
電磁波也是四種基本力之一——電磁力。力是一種以光速在空間中傳播的波。
當(dāng)波在水中傳播時(shí)，我們可以把波的概念聯(lián)系起來。當(dāng)波穿過水時(shí)，水本身并不是沿著波的方向傳播的，當(dāng)波穿過水時(shí)，水分子主要是上下運(yùn)動。同樣地，電磁波是一個(gè)力場，當(dāng)它穿過空間時(shí)，強(qiáng)度會發(fā)生振蕩。
與水波的類比有偏差。電磁波不需要物質(zhì)介質(zhì)就可以穿過，它可以在真空中的傳播。當(dāng)光通過不同的介質(zhì)，如水、空氣或玻璃時(shí)，它的速度比通過真空時(shí)要慢。盡管如此。
另一個(gè)不同是，電磁波由兩個(gè)相互垂直運(yùn)動的波組成，電場和磁場沿同一方向傳播。這兩種波是相互跟隨的，所以當(dāng)電場最大時(shí)，磁場也是最大的。
電磁波及其特性。
因此，電和磁是同一種力的一部分，而這種力與我們所看到的光也是同一種力。這都是相互聯(lián)系的。
我們的視覺和光線探測
當(dāng)我們用眼睛觀察時(shí)，我們能察覺到物體表面反射的光。我們的眼睛可以探測到反射的電磁波，波長在大約400到750納米之間。波長較短的是紫外線、x射線，波長最短的是伽馬射線和宇宙射線，波長較長的是紅外線、微波和無線電波。
與其他的電磁波譜相比，我們所能看到的光的電磁波長并沒有什么特別之處。我們在光學(xué)波長中看到的顏色并不是一種普遍的屬性，它只是我們大腦的屬性。
我們的眼睛能適應(yīng)來自太陽的光。如果我們的太陽是一顆巨大的藍(lán)色恒星，我們的視野可能在紫外線輻射范圍內(nèi)，如果它是一顆紅矮星，我們可能看到的是紅外線。當(dāng)然，我們的大腦也可以適應(yīng)在這些波長中看到顏色。
剩下的電磁波譜
光譜中波長最短的是宇宙射線和伽馬射線，它們對我們的細(xì)胞來說是致命的，因?yàn)樗鼈償y帶了足夠的能量來分解分子和細(xì)胞結(jié)構(gòu)。
對于x射線，除非我們是超人，否則我們看不到x光，但是它們可以穿過我們身體的軟組織而不被阻擋，而骨頭會吸收它們，這就是為什么我們可以用x光看到我們的骨骼。
紫外線的波長剛好低于我們的可見光譜，攜帶的能量比x射線少，但比可見光的能量多。幸運(yùn)的是，大多數(shù)來自太陽的紫外線會被平流層的臭氧層吸收，否則，我們將會受到致命高能輻射。
波長略長于可見光的是紅外光。我們的身體也會以紅外黑體輻射的形式輻射熱量，有紅外視力的人可以在黑暗中看到我們的樣子。有些動物能看到紫外線或紅外線。如果我們能看到這些，世界肯定會變得更美好。也許更令人困惑。
將wifi信號描繪成不同的顏色。
光的強(qiáng)度與磁場中任一電場的振幅的平方成正比。強(qiáng)度可以寬泛地定義為在給定時(shí)間內(nèi)通過給定區(qū)域的“光子數(shù)”。因?yàn)楣馐请姶挪?，但它也是光子粒子?/span>
光粒子
光子被定義為電磁輻射的最小量子。與我們的宏觀世界不同，一個(gè)粒子只能有離散的能級，這就是量子力學(xué)。
一個(gè)粒子有一個(gè)可能被探測到的概率分布。在微觀世界中，粒子存在于所有這些位置的疊加中，直到被測量到一個(gè)特定的位置。我們可能只看到了宇宙的一小部分，因?yàn)槲覀兛床坏剿衅渌麪顟B(tài)的粒子。我們所觀察到的都只是多種狀態(tài)中的一種，而其他狀態(tài)在我們觀察時(shí)“坍縮”了。
光被定義為粒子
存在兩種基本粒子——玻色子和費(fèi)米子。玻色子是四種基本力的載體，電磁力便是其中之一（其他三種是強(qiáng)力、弱力和引力）。所以從這個(gè)意義上說，粒子不僅是我們?nèi)粘Ｉ钪兴墓腆w物質(zhì)，而且所有物質(zhì)之間可能的相互作用都是由基本粒子引起的。我們還沒有探測到引力子。
光子是可以攜帶的最小的能量包，其能量與光子的振動頻率成正比——E = hf。其中h為普朗克常數(shù)，f為頻率。
當(dāng)兩個(gè)帶電粒子受到電磁力的吸引或排斥時(shí)，就可以認(rèn)為是兩個(gè)粒子與一個(gè)虛擬光子不斷地交換能量。原子中帶正電荷的原子核和帶負(fù)電荷的電子被電磁力捆綁在一起，因此你可以把它想象成一個(gè)虛擬光子在原子的“空空間”中來回交換。
光作為量子場
每種基本粒子都有一個(gè)場，最常見的例子是電場和磁場的相互作用。
當(dāng)一個(gè)電子吸收了一個(gè)光子并被激發(fā)，我們把它看作是一種能量轉(zhuǎn)移，因?yàn)楣庾訑y帶能量。宇宙是由粒子場組成的，它是電場和磁場的相互作用，其中磁場失去一個(gè)激發(fā)量子，而電場得到一個(gè)。
粒子，包括基本力，定義為激發(fā)粒子場
我們對宇宙的體驗(yàn)是由光來定義的。電磁力不僅定義了我們的視覺，也定義了我們的其他感官。當(dāng)我們接觸某物時(shí)，電磁力再次起作用。
電磁力是通過吸引帶負(fù)電荷的電子和帶正電荷的原子核使原子保持在一起的鍵。它也是使分子結(jié)合在一起的原因，通常是由帶正電荷的原子核共享電子云。固體中分子之間的電磁鍵將它們結(jié)合在一起，使固體不可穿透。
到達(dá)我們耳朵的聲音是骨骼產(chǎn)生的振動，最后，這些振動也只能通過電磁力推動其他粒子產(chǎn)生。嗅覺和味覺是被我們的大腦解釋的化學(xué)反應(yīng)，最終，這些反應(yīng)也是由電磁力引起的。電磁力是我們通過感官體驗(yàn)物質(zhì)宇宙的方式，不僅僅是我們的視覺，而是我們所有的感官。
光不僅對我們來說是基本的，對我們?nèi)绾慰创投x宇宙來說也是基本的，而且它還具有定義宇宙的屬性。
這是愛因斯坦在1905年提出狹義相對論之前花很多時(shí)間來思考的問題。
光速是恒定的。與其他任何東西的速度不同，光速與觀察者無關(guān)！如果你開一輛200000 km / s的汽車并打開遠(yuǎn)光燈，遠(yuǎn)光燈光速仍將以300000 km / s的速度前進(jìn)（相對于你）。這時(shí)，時(shí)空會被扭曲，時(shí)間就會減慢，空間會縮短。
光速總是恒定的，與觀察者的速度無關(guān)，空間和時(shí)間是可塑的。光是宇宙的主宰。
你走得越快，時(shí)間就顯得越慢。在光速下，沒有時(shí)間概念，時(shí)間停止。如果能把宇宙當(dāng)作一束無質(zhì)量的光束來體驗(yàn)，你就能在一瞬間體驗(yàn)到從大爆炸到宇宙終結(jié)的一切。時(shí)間只會被我們的質(zhì)量和引力勢拉長。幸運(yùn)的是，它至少給了我們一點(diǎn)時(shí)間去體驗(yàn)由光本身所賦予的宇宙之美。
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