【焦点热闻】什么是光，光是怎样产生的？

2022-10-06 10:07:42 来源：科普中国

光是什么，有哪些性质?

一、光为什么

(资料图片仅供参考)

今天初中生都知道，光是一种电磁波，毫无争议。但在我们日常生活中，光意义可大了，没有光我们是没法生存的，我们不仅需要白天的光明，看到外面的世界，更需要食物，各种植物的生长都需要光合作用。但是电磁波的概念，似乎远远不如光对我们重要，这是对电磁波的误解。

自古以来，人们对光的理解就是今天说的“可见光”。光是一种波，有频率有波长，可见光是波长在400nm-700nm之间的电磁波。在这个波段内光的颜色是红橙黄绿青蓝紫七种颜色，红光波长最长紫光的波长最短。

波长大于700nm的光我们叫它红外线，尽管看不见，但能感受到它热量更大，波长小于400nm的光叫紫外线，我们也看不到，但它伤害细胞的能力更强。不同的动物看见的光不同，蛇可以看到红外线，蜜蜂可以看到紫外线。

还有伽马射线、X射线，这在物理学中都叫光，是不可见光，同属于电磁波，在真空中的传播速度约30万千米/秒。

以上这些概念在牛顿时代就已经定型，但爱因斯坦发现光不仅仅是波，还是粒子。爱因斯坦假设，光在被吸收和产生能量时是粒子状态，也就是一份一份传输的，所以可以叫光波、还可以称作光线、还可以称作光子。

这些都得到了验证：光线，光在均匀介质中是连续的沿直线传播；光波，光有干涉和衍射现象；光子，光照到物体上被吸收后，物体质量变大。

爱因斯坦进一步描述光，是一种能量态存在，没有静止质量。所以，爱因斯坦创立了量子力学《狭义相对论》、《广义相对论》，并推演出的质能公式E=MC平方，牛顿力学不能解释的。

二、光是怎样****产生的

先说太阳光，太阳的表面温度是6000摄氏度，发射大量的光，热的物体都发光。热和冷是相对的，只要有一定的温度就会产生电磁波的辐射。

究竟怎样产生光子呢？通俗的说，一杯热水放一会温度就降低了，热的物体一定要变凉，能量不会凭空消失，热物体的原子核要吸附核外电子进入低能级状态，电子发生能级跃迁，电子释放出的能量以光子方式辐射出去。这样，不同能量的光子表现出不同的波长和频率，

以太阳光为例，太阳辐射到地球表面的能量表现为可见光约占44%，红外线占了40%，剩余的是伽马射线、X射线、紫外线、微波以及其他无线电波等。

研究光的产生规律是为我们的生活服务的，爱迪生发明的电灯，给我们带来了光明，白炽灯的发光原理就是通电后消耗的电能变为灯丝的内能，灯丝内电子能量升高，高能态的电子不稳定会跃迁到低能态，在这个过程中失去的能量以光子的形式释放。20年前我们一直使用白炽灯，也就是以金属钨为灯丝材料，耐高温不易熔断，制造技术专家认为温度越高产生的光越多，其实不然，白炽灯只有10%的能量属于可见光，而剩下的为红外线。换句话说你用十度的电，只有一度是用来照明的，剩下的部分都变成热量耗散掉了。各式各样的火焰也可以发光，发出可见光的效率都不理想，所以人类祖先使用的照明方式多是火焰，存在很大的浪费。倒是中国晋朝有个叫车胤的书生，谨慎勤劳不知读书疲倦，知识渊博，学问精通，夏天用白绢做成透明的袋子，装上几只萤火虫照着读书。萤火虫不发热，今天称之为“冷光源”，实现了电子能级跃迁的过程发出更多的可见光，LED灯具的制造技术就是“冷光源”，大大提高了电能转化为可见光的效率。

关键词：爱因斯坦制造技术传播速度