一段神奇的光学发展简史

Hello~大家好~这里是长春中国光学科学技术馆电台~今天和大家分享一段光学发展简史。

1.起初神创造天地。

2.地是空虚混沌。渊面黑暗。神的灵运行在水面上。

3.神说：“要有光。”就有了光。

4.神看光是好的，就把光暗分开了。

5. 神称光为昼，称暗为夜。有晚上，有早晨，这是头一日。

——《圣经·旧约·创世纪》

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在《圣经·旧约》的开篇

上帝创造世界的第一天

就诞生了光

从此，光便成了万物之源

人类从外界获得的信息

80%都来自光的视界

上古神话中的夸父追日，体现了对光明的无限情感；孔子路遇两小儿辩日，闪烁着对于光的理性火花；墨子的“小孔成像”实验，一举揭开了人类的光学纪元。

历经数千年岁月，光学，这门最古老的物理学科，至今仍活跃在科技创新的最前沿。随着世界首颗量子实验卫星的上天，光学的明天必将更加辉煌灿烂！

【光学萌芽时期】

墨子是中国光学的祖师爷，

光的直线传播，

通过看似简单的“小孔成像”实验，

就这样被他发现。

镜子的问世，

照出了人类的爱美之心，

也是光的反射原理的直观呈现。

“我心匪鉴，不可以茹。”

有时候，人们希望

从镜中看清自己的真实面目；

有时候，又讨厌

镜子对自身缺陷的“口无遮拦”。

爱思考的庄子，

照镜子也照出了道家的影像。

“鉴以鉴影，而鉴以有影，两鉴相鉴重影无穷。”

让人仿佛看到一个老顽童，

饶有趣味地观察光线在两镜之间往复反射，

真真假假，虚虚幻幻。

“绿兮衣兮，绿衣黄裳。”

周朝上衣下裳的规范，

“正色”与“间色”的区分，

可谓“三基色”的最初模样。

美丽的彩虹

“背日喷乎水，成虹霓之状。”

“青箬笠，绿蓑衣”的唐人张志和，

不仅认识到彩虹的成因，

更第一次做出人工造虹的实验。

【几何光学时期】

从这里开始，

我们把目光转向西方。

西方早期的光学小苗，

还没有中国的茁壮。

直到明朝中叶，

凹面镜、凸面镜、眼镜、透镜

以及暗箱、幻灯等光学元件在西方相继出现，

才显示出比中国更具前瞻性的光学眼光。

17世纪是光学发展史上的转折点。

经过开普勒、斯涅耳、笛卡儿等“大神”的递进，

最终由费马推导出光的反射和折射定律，

成为几何光学的滥觞。

与此同时，

第一架望远镜的发明，

促进了天文学和航海事业的发展；

第一台显微镜的诞生，

为生物学研究提供了革命性的方向。

（微粒说）

（波动说）

17世纪下半叶，

牛顿和惠更斯打了一场“光学大战”。

牛顿通过著名的三棱镜色散试验，

提出了“微粒说”的设想；

惠更斯则提出了“波动说”，

二人对光的本质的理解各持一端。

这场争论一直持续了200多年，

直到另一个“大神”爱因斯坦出现。

【波动光学时期】

进入19世纪，

牛顿的“微粒说”渐渐冷场，

而波动光学则得到不断完善。

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（杨氏双缝干涉实验）

先是“科学全才”托马斯·杨，

做了著名的杨氏双缝干涉实验，

并为波动光学研究指明了方向；

后是“物理光学的缔造者”菲涅耳，

建立了惠更斯－菲涅耳原理，

为波动光学理论做出了不可磨灭的贡献。

后来，“科学大咖”

法拉第、韦伯、麦克斯韦又发现，

光还是一种电磁现象。

这种关系被赫兹所证实，

并提出“光电效应”这一划时代的主张。

【量子光学时期】

量子光学的创始人普朗克，

与爱因斯坦并称为

“20世纪最重要的两大物理学家”。

普朗克的最大贡献，

就是提出了能量量子化。

普朗克量子论的核心是，

电磁波的吸收和发射并不连续，

而是以一种最小的能量单位

即“能量子”跳跃式增减。

由于量子论的正式提出时间

是1900年12月14日，

由此，12月14日便成为“量子日”，

以纪念这位伟大的先贤。

受普朗克的启发，

1905年，爱因斯坦提出光量子假说，

认为光在空间以光量子传播，

光子的能量跟光的频率成正比，

光的频率越高，

光子的能量越大。

光量子假说，

从理论上论证了赫兹的光电效应，

爱氏也因此荣获诺贝尔物理学奖。

同年5月，

爱因斯坦又提出了狭义相对论，

开创了物理学的新纪元。

1905年因此被称为“爱因斯坦奇迹年”。

这样，在20世纪初，

一方面确证了光是电磁波，

另一方面确证了光的量子性，

进而确认，波粒二象性才是光的本相。

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【现代光学时期】

从20世纪中叶起，

光学的发展脉络越来越丰富多样。

随着科学技术的进步，

物理光学越来越显出威力的巨大。

光谱在人类认识物质的微观结构方面，

一直有着关键性的影响；

尤其是激光的发明，

让现代光学走到了科技创新的前沿；

光学信息处理也成为当今的一门显学，

光纤通信为信息传输和处理提供了全新的方案。

从这里开始，

我们把目光收回到中国身上。

2016年8月16日凌晨，

世界首颗星子科学实验卫星“墨子号”，

从甘肃酒泉基地发射上天。

“墨子号”的命名，

表达了对“中国科学家始祖”的敬仰；

“墨子号”的发射，

标志着中国已站上了

“第二次量子革命”的潮头浪尖！

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