2011-05-15 22:08:09幻羽

宇宙﹝廣角鏡﹞認識光波嗎?

光是一種人類眼睛可以見的電磁波(可見光譜)。在科學上的定義,光有時候是指所有的電磁波譜。光是由一種稱為光子基本粒子組成。具有粒子性與波動性,或稱為波粒二象性

1638年時法國數學家皮埃爾·伽森荻Pierre Gassendi)提出"物體是由大量堅硬粒子組成的",並在1660出版的他所著的書中涉及到了他對於光的觀點,也認為光也是由大量堅硬粒子組成的。

 

牛頓隨後對於伽森荻的這種觀點進行研究,他根據光的直線傳播規律、光的偏振現象,於1675提出假設,認為光是從光源發出的一種物質微粒,在均勻媒質中以一定的速度傳播。

 

微粒說很容易解釋光的直進性反射現象,因為粒子與光滑平面發生碰撞的反射定律與光的反射定律相同。然而微粒說在解釋一束光射到兩種介質分介面處會同時反射和折射,以及幾束光交叉相遇後彼此毫不妨礙的繼續向前傳播等現象時,卻發生了很大困難。

 

羅伯特·虎克1685發表的《顯微術》一書中,認為光是一種振動,發光體的每一振動在介質中向各個方向傳播。虎克初步建立了波面和波線的概念,並把波面的思想用於對光的折射和薄膜顏色的研究。

 

惠更斯Christian Huygens)著《論光》更明確地提出了光是一種波動的主張,他認為光是一種介質的運動,該運動從介質的一部分以有限速度依次地向其他部分傳播,他把光的傳播方式與聲音在空氣中的傳播作比較。

 

波動說很容易能夠解釋微粒說不能解釋的兩個問題。水波可以同時發生反射和折射,並且水波的反射和折射規律和光完全相同。湖面上的激烈水波能夠自由的互相穿過,通過一個窗口能夠同時聽到窗外幾個人講話的聲音,這些都是人們熟知的波的現象。然而,早期的波動說缺乏定量的數學嚴密性,也缺乏對波動特性的足夠說明,仍然擺脫不了幾何光學的觀念。同時,惠更斯所提出的波動說是把光比作像「水波」一樣的機械波,即機械波的傳播需要依靠介質,而光卻能在真空中(即無介質)傳播。

 

牛頓並不是在根本上否認光的波動性,事實上正是牛頓首先提出了光在本質上是一種週期過程的觀點,他還多次提到光可能是一種振動並與聲波作對比。然而從他的著作《光學》的其他部分來看,他還是傾向於光的微粒說。突出的例子是從光的微粒說出發,根據機械粒子遵守的力學規律來解釋光的反射定律和折射定律,並得出了光密介質中的光速要大於光疏介質中的光速這一與事實不符的結論。

 

由於牛頓在學術界有很高的聲望,致使微粒說在其後的100多年裡一直佔著主導地位,而波動說卻發展得很慢。同時,如果要證明光具有波動性,必須設法顯示出光具有干涉現象,而干涉現象的產生必須得到兩列相干光,然而要得到兩列相干光在當時是很困難的。直到1801年英國物理學家托馬斯-楊Thomas Young)終於用干涉實驗證明瞭光的波動性。

 

19世紀中期,光的波動性已經得到公認,然而當時人們只瞭解在介質中傳播的機械波,認為光波也是一種機械波。而任何機械波的傳播都依靠介質,光卻能在真空中傳播。從太陽和其他恆星所發出的光,是通過什麼介質傳播過來的呢?

 

為了說明光傳播的這個問題,人們便假設在宇宙空間中到處充滿著一種特殊的物質,這種物質被稱作乙太,光便是通過「乙太」來進行傳播。為瞭解釋光波的各種性質,對於「乙太」這個概念又進一步提出了種種假設。譬如,「乙太」的密度極小,卻具有較大的彈性等。由於對「乙太」性質種種假設間存在明顯的矛盾,人們很難相信存在這種物質。而為證明「乙太」存在的各種實驗也都以失敗而告終。

 

1846法拉第發現在磁場的作用下,偏振光的振動面會發生改變。這一重要的發現,表明光和電磁現象間存在著某種聯繫,同時將人們的目光轉移到了電磁現象來考慮。

 

19世紀60年代,馬克士威在研究電磁場理論時預見了電磁波的存在。同時指出電磁波是一種橫波,電磁波的傳播速度等於光速。馬克士威通過電磁波與光波的相似性質,提出假設,認為光波是一種電磁波

 

20多年後,赫茲用實驗證實了電磁波的存在,測得電磁波的傳播速度的確與光速相同,同時電磁波也能夠產生反射、折射、干涉、繞射、偏振等現象,從實驗中證明瞭光是一種電磁波。

 

光的電磁說使光的波動理論發展到相當完美的地步,但還是在赫茲用實驗證實光的電磁說的時候,就已經發現了光電效應這一現象,而這一發現也使光的電磁說遇到了無法克服的困難。1905愛因斯坦提出光量子論,運用光子的概念解釋了光電效應。

 

光是沿直線傳播,光是直線運行的,也不需要任何介質,但在其他物體的重力場的影響下,光的傳播路徑會發生偏折,最顯著的就是黑洞的影響。

 

光線遇另一介質反射的情況是指入射光反回原介質的情形,反射定律以下列三原則來解釋:1.入射線、反射線與法線在同一平面上。2.入射線與反射線在法線的兩側。3.入射角等於反射角。

 

光從不同密度的介質穿過時發生的偏折現象為折射,不同介質可以出現不同的折射角,由該介質的折射率。

 

全內反射是光折射的一個特殊情況,當光線由密度較高的介質(光密)到密度較低的介質(光疏)且入射角大於臨界時,則只有反射光線,沒有折射光線,這現像是為全內反射光纖就是應用這現象來運作。

 

在干涉與繞射可忽略的情況中,入射光線與反射光線的可交換性。就是在一條光徑的終點,發出反方向的光,此光可沿原路徑回到原來的起點。在介質分介面處應用光路的可逆性可導出關於反射率和折射率的斯托克斯關係。

 

干涉現像是波的一種特性。惠更斯1678提出光是一種波動後,由於得到兩列相干光源很不容易,所以波動說很長時間內沒有被證明認可。直到1801,才由英國物理學家托馬斯·楊巧妙而簡單的解決了『相干光源』的問題。

 

繞射現象也是波的一種特性,是光在通過闊度與其波長相當的孔或縫時所發生的現象,光不會持續原來的直線路徑,而是作扇形發散狀。

 

一種光遊離作用(光子將電子撞出原子,使之遊離的過程),最常見的應用是以光束完成電流通路的電眼系統。

 

在真空中光的傳播速度為 299,792,458 /秒(準確),是一個常數,以符號 c 代表,也是訊息傳播速度的上限。

 

光是能量的一種傳播方式。光源所以發出光,是因為光源中原子的運動。有三種方式:熱運動躍遷輻射受激輻射。前者為生活中最常見的,比如電燈火焰;後者多應用於雷射

 

光的產生過程中,因為躍遷能級的不同,釋放出不同頻率的光子愛因斯坦能量方程式)。而不同頻率的光會有著不同的顏色。可見光範圍內依次為赤橙黃綠藍靛紫。白光為所有這些光譜的綜合。如果用稜鏡折射白光,就能夠觀察到上述可見光光譜。既複色光(如白光)被色散系統(如稜鏡)分類後,按波長的大小依次排列的圖案。


後來,對光譜的研究就成了一門專業學科——光譜學。人們利用光譜來研究發光物體的性質,現代光譜學在宇宙的研究方面起著重要的作用。光是直線傳播的,基於光線的光學,稱為幾何光學或線性光學Beam Optics)。

 

能源(清潔能源)、電子(電腦、電視、投影儀等)、通信(光纖)、醫療保健(伽瑪刀、B超儀、光波房汗蒸房X光機)等都是光的應用。

 

光波是指波長在0.33μm之間的電磁波。光具有波粒二象性(是指某物質同時具備波的特質及粒子的特質。)也就是說微觀來看,由光子組成,具有粒子性。但是宏觀來看又表現出波動性,光的本質是電磁波,波長和頻率跟顏色有關,可見光紫光頻率最大,波長最短,紅光則剛好相反,像紅外線,紫外線,倫琴射線等都屬於不可見光,紅外線頻率比紅光低,波長更長,紫外線,倫琴射線等頻率比紫光高,波長更短光波是一種電磁波

 

通信:利用作為載頻的通信方式。

 

光纖通信:就是利用光波作為載頻和光纖作為傳輸媒質的一種通信方式。它工作在近紅外區,即波長0.8μm---1.8μm,對應的頻率167THz---375THz。在光纖通信中起主導作用的是鐳射器(光源、光電檢測器)和光纖。

 

光的傳播形態分類:根據傳播方向上有無電場分量或磁場分量,可分為如下三類,任何光都可以這三種波的合成形式表示出來。

  

TEM波:在傳播方向上沒有電場和磁場分量,稱為橫電磁波。

  

TE波:在傳播方向上有磁場分量但無電場分量,稱為橫電波

  

TM波:在傳播方向上有電場分量而無磁場分量,稱為橫磁波。

  

波動方程的簡諧波形式的特解依據其振幅隨空間位置的變化分為平面波,球面波和柱面波。

 

光元器件分析儀、偏振分析儀、偏振控制器、大功率光衰減器、光譜分析儀、數位通信分析儀、脈衝碼型發生器、並行比特誤碼率測試儀、光接收機強化測試器,都是測量光波的工具。

 

應用領域:1、數碼領域,如手機、電腦等。2、通信領域,如光纖網路3、保健領域:光波浴房(如托普森紅外小屋中的遠紅外線是電磁波的一種,它占太陽輻射能量的80%,屬於陽光不可見光的一種,科學家通常把波長在4-1000微米的電磁波叫做“遠紅外線”。並不是所有波段的遠紅外線對人體都有益處,只有與人體發射出的波長一致的遠紅外線,即波長在6-14微米範圍內的遠紅外線才對人體有益。)頻譜能量屋。

 

光波是天文學專有名詞。來自中國天文學名詞審定委員會審定發佈的天文學專有名詞中文譯名,詞條譯名和中英文解釋資料版權由天文學名詞委所有。

  

光速,即光波傳播的速度真空中的光速是一個重要的物理常數,符號為c(來自拉丁語中的 celeritas,意為迅捷),c不僅僅是可見光的傳播速度,也是所有電磁波在真空中的傳播速度。

 

真空中的光速等於299,792,458米/1,079,252,848.8千米/小時)。 這個速度並不是一個測量值,而是一個定義。它的計算值為(299792500±100)米/秒。國際單位制的基本單位198310月21起被定義為光在1/299,792,458內傳播的距離。使用英制單位,光速約為186,282.397英里/秒,或670,616,629.384英里/小時,約為1英尺/奈秒

 

在任何透明或者半透明的介質(比如玻璃)中,光速會降低;c比光在某種介質中的速度就是這種介質的折射率。重力的改變能夠彎曲光所傳播的空間,使光像通過凸透鏡一樣發生彎曲,看上去繞過了質量較大的天體。光彎曲的現象叫做引力透鏡效應,根據變化了的光線在光譜外波段呈現的不規則程度,可以推算發光星系的年齡和距離。根據愛因斯坦相對論,沒有任何物體或資訊運動的速度可以超過真空中的光速(c)

 

光速的測量方法: 最早光速的準確數值是通過觀測木星對其衛星的掩食測量的。還有旋轉齒輪法、轉鏡法、克爾盒法、變頻閃光法等光速測量方法。根據現代物理學,所有電磁波,包括可見光,在真空中的速度是常數,即是光速。強交互作用電磁作用弱交互作用傳播的速度都是光速,根據廣義相對論萬有引力傳播的速度也是光速,且已於2003年得以證實。

 

根據電磁學的定律,發放電磁波的物件的速度不會影響電磁波的速度。結合相對性原則,觀察者的參考坐標和發放光波的物件的速度不會影響被測量的光速,但會影響波長而產生紅移藍移。這是狹義相對論的基礎。相對論探討的是光速而不是光,就算光被稍微減慢,也不會影響狹義相對論。

 

光波即現即逝,暴風雨欲來前,電閃雷鳴,當光波劃破寧靜的蒼穹時,小孩子會馬上掩耳,因為他們知道,閃電後立刻就會打雷。科學家告訴我們,光波的速度比聲波快,一秒鐘是三十萬公里。

 

現代的科學家又發現,還有一種無形的力量比電波、光波更了不起,它能毀滅世界,也能拯救宇宙,那就是人類心中的『心念波』,心念的波動對物體能起一定的作用,而水能感應聲波、心波而產生結晶。每一起心動念,都會影響我們的身體健康;瞋心一起,身體會產生毒素,至少三天才能平靜。心念的波動,從個人到家庭、社會、世界,甚至到宇宙,莫不息息相關。因此,我們追求身體健康、生活幸福快樂,嚮往社會安定、世界和平,一切得從自己內心做起,善心、善行是基本要素。

 

當我們以尊敬的心,感恩的心,歡喜的心對待一切眾生,我們身體的每一個細胞裏面的組成都是美好的。如果以瞋恚的心面對外面所有物質世界,它會變得很醜陋。這個道理正是佛經上所講的『境隨心轉』。

 

人的心波能飛越千山萬水,橫跨無涯,不受任何干擾和阻攔。在古代詩文中,我們看到許多遊子羈旅他鄉時,總在夜深不眠的時刻對月懷親,其親人往往也能感應到,尤其是其中一方遭遇不測時感應最顯著。這就是所謂「心有靈犀一點通」。我們的心波確有不可思議的神奇力量!「世界微塵,因心成體;唯心所現,唯識所變。」即是說,大至世界,小至微塵,都能隨著我們的心性改變,我們起心動念所產生的波動能改變周遭的環境。

 

心念是善的,充滿愛心的,至誠感恩的,這心念能使我們充滿喜悅地生活,也能促使我們周圍的環境更美好,心靈淨化,盡大地是清泰故鄉。反之,若是心懷不善,爭名奪利,競爭的結果導致鬥爭,鬥爭將演變成戰爭,世界即毀於一旦。現今世界動盪不安,自然災害愈加頻繁,為解倒懸之勢,愛心和真誠的心對待一切事、一切人,孰福孰禍,就取決於你我心中的一念。

 

意念活動直接影響著包括腦磁場在內的『人體磁場』,若是具有良性光明的語言,能促使人放鬆入靜,而放鬆入靜則能增強人體磁場的能量,這一類良性言語相當於氣場的釋放;而具有惡性刺激的語言,則能使人煩躁不安,無疑會減小人體的能場。事實上人體能場的聚焦點,即是心的靈氣,時時提高人體正面的能場,能逐漸使內氣充盈起來。