一段神奇的光學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史
Hello~大家好~這里是長(zhǎng)春中國光學(xué)科學(xué)技術(shù)館電臺(tái)~今天和大家分享一段光學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史。
1.起初神創(chuàng)造天地。
2.地是空虛混沌。淵面黑暗。神的靈運(yùn)行在水面上。
3.神說:“要有光?!本陀辛斯狻?/p>
4.神看光是好的,就把光暗分開了。
5. 神稱光為晝,稱暗為夜。有晚上,有早晨,這是頭一日。
——《圣經(jīng)·舊約·創(chuàng)世紀(jì)》
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在《圣經(jīng)·舊約》的開篇
上帝創(chuàng)造世界的第一天
就誕生了光
從此,光便成了萬物之源
人類從外界獲得的信息
80%都來自光的視界
上古神話中的夸父追日,體現(xiàn)了對(duì)光明的無限情感;孔子路遇兩小兒辯日,閃爍著對(duì)于光的理性火花;墨子的“小孔成像”實(shí)驗(yàn),一舉揭開了人類的光學(xué)紀(jì)元。
歷經(jīng)數(shù)千年歲月,光學(xué),這門最古老的物理學(xué)科,至今仍活躍在科技創(chuàng)新的最前沿。隨著世界首顆量子實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的上天,光學(xué)的明天必將更加輝煌燦爛!
【光學(xué)萌芽時(shí)期】
墨子是中國光學(xué)的祖師爺,
光的直線傳播,
通過看似簡(jiǎn)單的“小孔成像”實(shí)驗(yàn),
就這樣被他發(fā)現(xiàn)。
鏡子的問世,
照出了人類的愛美之心,
也是光的反射原理的直觀呈現(xiàn)。
“我心匪鑒,不可以茹?!?/p>
有時(shí)候,人們希望
從鏡中看清自己的真實(shí)面目;
有時(shí)候,又討厭
鏡子對(duì)自身缺陷的“口無遮攔”。
愛思考的莊子,
照鏡子也照出了道家的影像。
“鑒以鑒影,而鑒以有影,兩鑒相鑒重影無窮?!?/p>
讓人仿佛看到一個(gè)老頑童,
饒有趣味地觀察光線在兩鏡之間往復(fù)反射,
真真假假,虛虛幻幻。
“綠兮衣兮,綠衣黃裳?!?/p>
周朝上衣下裳的規(guī)范,
“正色”與“間色”的區(qū)分,
可謂“三基色”的最初模樣。
美麗的彩虹
“背日噴乎水,成虹霓之狀?!?/p>
“青箬笠,綠蓑衣”的唐人張志和,
不僅認(rèn)識(shí)到彩虹的成因,
更第一次做出人工造虹的實(shí)驗(yàn)。
【幾何光學(xué)時(shí)期】
從這里開始,
我們把目光轉(zhuǎn)向西方。
西方早期的光學(xué)小苗,
還沒有中國的茁壯。
直到明朝中葉,
凹面鏡、凸面鏡、眼鏡、透鏡
以及暗箱、幻燈等光學(xué)元件在西方相繼出現(xiàn),
才顯示出比中國更具前瞻性的光學(xué)眼光。
17世紀(jì)是光學(xué)發(fā)展史上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
經(jīng)過開普勒、斯涅耳、笛卡兒等“大神”的遞進(jìn),
最終由費(fèi)馬推導(dǎo)出光的反射和折射定律,
成為幾何光學(xué)的濫觴。
與此同時(shí),
第一架望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明,
促進(jìn)了天文學(xué)和航海事業(yè)的發(fā)展;
第一臺(tái)顯微鏡的誕生,
為生物學(xué)研究提供了革命性的方向。
(微粒說)
(波動(dòng)說)
17世紀(jì)下半葉,
牛頓和惠更斯打了一場(chǎng)“光學(xué)大戰(zhàn)”。
牛頓通過著名的三棱鏡色散試驗(yàn),
提出了“微粒說”的設(shè)想;
惠更斯則提出了“波動(dòng)說”,
二人對(duì)光的本質(zhì)的理解各持一端。
這場(chǎng)爭(zhēng)論一直持續(xù)了200多年,
直到另一個(gè)“大神”愛因斯坦出現(xiàn)。
【波動(dòng)光學(xué)時(shí)期】
進(jìn)入19世紀(jì),
牛頓的“微粒說”漸漸冷場(chǎng),
而波動(dòng)光學(xué)則得到不斷完善。
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(楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn))
先是“科學(xué)全才”托馬斯·楊,
做了著名的楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn),
并為波動(dòng)光學(xué)研究指明了方向;
后是“物理光學(xué)的締造者”菲涅耳,
建立了惠更斯-菲涅耳原理,
為波動(dòng)光學(xué)理論做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。
后來,“科學(xué)大咖”
法拉第、韋伯、麥克斯韋又發(fā)現(xiàn),
光還是一種電磁現(xiàn)象。
這種關(guān)系被赫茲所證實(shí),
并提出“光電效應(yīng)”這一劃時(shí)代的主張。
【量子光學(xué)時(shí)期】
量子光學(xué)的創(chuàng)始人普朗克,
與愛因斯坦并稱為
“20世紀(jì)最重要的兩大物理學(xué)家”。
普朗克的最大貢獻(xiàn),
就是提出了能量量子化。
普朗克量子論的核心是,
電磁波的吸收和發(fā)射并不連續(xù),
而是以一種最小的能量單位
即“能量子”跳躍式增減。
由于量子論的正式提出時(shí)間
是1900年12月14日,
由此,12月14日便成為“量子日”,
以紀(jì)念這位偉大的先賢。
受普朗克的啟發(fā),
1905年,愛因斯坦提出光量子假說,
認(rèn)為光在空間以光量子傳播,
光子的能量跟光的頻率成正比,
光的頻率越高,
光子的能量越大。
光量子假說,
從理論上論證了赫茲的光電效應(yīng),
愛氏也因此榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
同年5月,
愛因斯坦又提出了狹義相對(duì)論,
開創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元。
1905年因此被稱為“愛因斯坦奇跡年”。
這樣,在20世紀(jì)初,
一方面確證了光是電磁波,
另一方面確證了光的量子性,
進(jìn)而確認(rèn),波粒二象性才是光的本相。
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【現(xiàn)代光學(xué)時(shí)期】
從20世紀(jì)中葉起,
光學(xué)的發(fā)展脈絡(luò)越來越豐富多樣。
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,
物理光學(xué)越來越顯出威力的巨大。
光譜在人類認(rèn)識(shí)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)方面,
一直有著關(guān)鍵性的影響;
尤其是激光的發(fā)明,
讓現(xiàn)代光學(xué)走到了科技創(chuàng)新的前沿;
光學(xué)信息處理也成為當(dāng)今的一門顯學(xué),
光纖通信為信息傳輸和處理提供了全新的方案。
從這里開始,
我們把目光收回到中國身上。
2016年8月16日凌晨,
世界首顆星子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”,
“墨子號(hào)”的命名,
表達(dá)了對(duì)“中國科學(xué)家始祖”的敬仰;
“墨子號(hào)”的發(fā)射,
標(biāo)志著中國已站上了
“第二次量子革命”的潮頭浪尖!
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