物理能量轉換世界：七彩光學（簡體書）

帶你進入光的世界
光的世界是奇妙而有趣的，確切地說，光是一種人類肉眼可以看到的電磁波，它可以在真空、空氣和水等一切透明的介質中傳播。人們日常接觸的光也比較多，如陽光，白熾燈光，熒光燈管、激光器、螢火蟲的光等等。光和光的折射
科學表明，光是地球生命的來源之一；光是人類生活的重要依據；光是人類認識外部世界的工具；光是信息的理想載體和傳播媒質。那么，光到底是什么呢？
狹義上，光是一種人類眼睛可以見到的電磁波，我們稱之為可見光譜。科學上，光是指所有的電磁波譜。簡單地說，光是由一種稱為光子的基本粒子組成的，具有粒子性與波動性。
有實驗證明，光就是電磁輻射，這部分電磁波的波長范圍約在紅光的0．77微米到紫光的0．39微米之間。波長在0．77～l000微米之間的電磁波統稱為“紅外線”。在0．39—0．04微米之間的統稱為“紫外線”。人的眼睛是看不見紅外線和紫外線的，但可以用光學儀器或攝影方法去量度和探測這種發光物體的存在。所以，在光學中光的概念也可以延伸到紅外線和紫外線領域，甚至x射線均被認為是光，而可見光的光譜只是電磁光譜中的一部分。
科學實驗表明，光具有波粒二象性，既可把光看作是一種頻率很高的電磁波，也可把光看成是一個粒子，即光量子，簡稱光子。
一般情況下，光由許多光子組成，在熒光（普通的太陽光、燈光、燭光等）中，光子與光子之間，毫無關聯，即它們的波長不一樣、相位不一樣，偏振方向不一樣、傳播方向不一樣，就像是一支無組織、無紀律的光子部隊，各光子都是散兵游勇，不能做到行動一致。當光反射時，反射角等于入射角，在同一平面，位于法線兩邊，且光路具有可逆性。
對人類來說，光的最大規模的反射現象，發生在月球上。我們知道，月球本身是不發光的，它只是反射太陽的光而已。相傳記載夏、商、周三代史實的《書經》中就提起過這件事。可見那個時候，人們就已有了光的反射觀念。戰國時的著作《周髀》就明確指出：“日兆月，月光乃生，成明月。”西漢時人們干脆說“月如鏡體”，可見對光的反射現象有了深一層的認識。《墨經》里專門記載一個光的反射實驗：以鏡子把日光反射到人體上，可使人體的影子處于人體和太陽之間。這不但是演示了光的反射現象，而且很可能是以此解釋月食的成因。
我們知道，當光線從一種介質斜射入另一種介質中時，會產生折射現象。如果射入的介質密度大于原本光線所在介質密度，則折射角小于入射角。反之，則折射角大于入射角。若入射角為零，則無論如何，折射角為零，不產生折射。但光折射還在同種不均勻介質中產生，理論上可以從一個方向射人不產生折射，但因為分不清界線且一般分好幾個層次，又不是平面，故無論如何看都會產生折射現象。
比如，魚兒在清澈的水中游動，可以看得很清楚。但是，沿著你看見魚的方向去叉它，你肯定是叉不到的。有經驗的漁民會告訴你，只有瞄準魚的下方才能把魚叉到，魚叉叉向的是魚的實像。從上面看水、玻璃等透明介質中的物體，會感到物體的位置比實際位置高一些，這是光的折射現象引起的。
由于光的折射，池水看起來比實際的淺。所以，當你站在岸邊，看見清澈見底，深不過腰的水時，千萬不要貿然下去，以免因為對水深估計錯誤，發生危險。
知識點
介質
簡單地說，介質是指能夠傳播媒體的載體。一種物質存在于另一種物質內部時，后者就是前者的介質；某些波狀運動，如聲波、光波中，則稱傳播的物質為這些波狀運動的介質。媒體包括各種文件、數據等，泛指一切可以用電子信號存儲的東西。介質亦稱媒質。一般地說，它是物理系統在其間存在或物理過程（如力和能量的傳遞，光和聲的傳播等）在其間進行的物質。
延伸閱讀
光起源的兩則傳說
《圣經·十誡》中有一個故事是關于光的起源的：“起初，神創造天地。地是空虛混沌的，天是黑暗的，神運行在水面上。神說要有光，就有了光，神看光是好的，就把光和暗分開了。神稱光為晝，稱暗為夜。有黑夜，有白晝，這是頭一日。”這是古猶太人講的故事，借著《圣經》一路流傳下來，流傳了幾千年。另外有一個故事，也是關于光的起源的，廣泛流傳于住在北極圈的因紐特人中。他們說世界剛形成的時候，有一只烏鴉在尋找啄食掉落在地上的豆子，它找啊找，找得很辛苦，心里便想：“這世界上如果有光，可以看得到地面上的豆子，那啄食起來可就簡單多了。”烏鴉很認真地想啊想，結果世界就真的有了光亮。光無時無刻不伴隨我們芹右．燈光、太陽光、星光以及動物本身發出的光，如螢火蟲等。在開始進行光的分類之前，首先了解一下光源的含義。自身能夠發光的物體稱為光源。而科學家們又將光源分冷光源和熱光源。
那么什么是冷光源呢？冷光源是指發光不發熱（或發很低溫度的熱）的光源，如螢火蟲等。反之，熱光源就是指發光發熱（必須是發較高溫度的熱）的光源，如太陽等。
其實，在某些時候，光源也可以分為以下3種：
第一種，熱效應產生的光，太陽光就是很好的例子。此外，蠟燭等物品也都一樣。此類光隨著溫度的變化會改變顏色。
第二種，原子發光，熒光燈燈管內壁涂抹的熒光物質被電磁波能量激發而產生光，此外霓虹燈的原理也是一樣。原子發光具有獨自的基本色彩，所以，拍攝彩照時我們需要進行相應的補正。
第三種，原子爐發光，這種光攜帶有強大的能量，但是我們在日常生活中幾乎沒有接觸到這種光的機會。P1－4