光的科學
光是人類眼睛可以看見的一種電磁波，也稱可見光譜。在科學上的定義，光是指所有的電磁波譜。光是由光子為基本粒子組成，具有粒子性與波動性，稱為波粒二象性。光可以在真空、空氣、水等透明的物質中傳播。對于可見光的范圍沒有一個明確的界限，一般人的眼睛所能接受的光的波長在400-700毫米之間。人們看到的光來自于太陽或借助于產生光的設備，包括白熾燈泡、熒光燈管、激光器、螢火蟲等。
光是地球生命的來源之一。光是人類生活的依據。光是人類認識外部世界的工具。光是信息的理想載體或傳播媒質。因為光是人類生存不可或缺的物質，光的成語非常多，也有同名的歌曲。
1 光的奧秘
蘇格蘭物理學家詹姆士·克拉克·——19世紀物理學界的巨人之一的研究成果問世，物理學家們才對光學定律有了確定的了解。從某些意義上來說，麥克斯韋正是邁克爾·法拉第的對立面。法拉第在試驗中有著驚人的直覺卻完全沒有受過正式訓練，而與法拉第同時代的麥克斯韋則是高等數學的大師。他在劍橋大學上學時擅長數學物理，在那里艾薩克·牛頓于兩個世紀之前完成了自己的工作。
牛頓發(fā)明了微積分。微積分以“微分方程”的語言來表述，描述事物在時間和空間中如何順利地經歷細微的變化。海洋波浪、液體、氣體和炮彈的運動都可以用微分方程的語言進行描述。麥克斯韋抱著清晰的目標開始了工作——用精確的微分方程表達法拉第革命性的研究結果和他的力場。
麥克斯韋從法拉第電場可以轉變?yōu)榇艌銮曳粗嗳贿@一發(fā)現著手。他采用了法拉第對于力場的描述，并且用微分方程的精確語言重寫，得出了現代科學中最重要的方程組之一。它們是一組8個看起來十分艱深的方程式。世界上的每一位物理學家和工程師在研究生階段學習掌握電磁學時都必須努力消化這些方程式。
隨后，麥克斯韋向自己提出了具有決定性意義的問題：如果磁場可以轉變?yōu)殡妶觯⑶曳粗嗳唬侨羲鼈儽挥肋h不斷地相互轉變會發(fā)生什么情況？麥克斯韋發(fā)現這些電—磁場會制造出一種波，與海洋波十分類似。令他吃驚的是，他計算了這些波的速度，發(fā)現那正是光的速度！在1864年發(fā)現這一事實后，他預言性地寫道：“這一速度與光速如此接近，看來我們有充分的理由相信光本身是一種電磁干擾。”
這可能是人類歷史上最偉大的發(fā)現之一。有史以來第一次，光的奧秘終于被揭開了。麥克斯韋突然意識到，從日出的光輝、落日的紅焰、彩虹的絢麗色彩到天空中閃爍的星光，都可以用他匆匆寫在一頁紙上的波來描述。今天我們意識到整個電磁波譜——從電視天線、紅外線、可見光、紫外線、X射線、微波和γ射線都只不過是麥克斯韋波，即振動的法拉第力場。根據愛因斯坦的相對論，光在路過強引力場時，光線會扭曲。
2 光的速度
真空中的光速是宇宙中最快的速度，在物理學中用c表示。光在真空中1s能傳播299792000m，也就是說，真空中的光速為c=2.99792×10^8m/s。
光在其他各種介質的速度都比在真空中的小。空氣中的光速大約為2.99792000×10^8m/s。在我們的計算中，真空或空氣中的光速取為c=3×10^8m/s.(最快，極限速度）光在水中的速度比真空中小很多，約為真空中光速的3/4；光在玻璃中的速度比在真空中小的更多，約為真空中光速的2/3。如果一個飛人以光速繞地球運行，在1s的時間內，能夠繞地球運行7.5圈；太陽發(fā)出的光，要經過8min到達地球，如果一輛1000km/h的賽車不停地跑，要經過17年的時間才能跑完從太陽到地球的距離。
光速取代了保存在巴黎國際計量局的鉑制米原器被選作定義“米”的標準，并且約定光速嚴格等于299,792,458米/秒，此數值與當時的米的定義和秒的定義一致。后來，隨著實驗精度的不斷提高，光速的數值有所改變，米被定義為1/299,792,458秒內光通過的路程,光速用“c”來表示。
3 光的分類
光按照來源分為人造光和自然光。自身發(fā)光的物體稱為光源，光源分冷光源和熱光源。
光按照科學研究分為三類：
第一種是熱效應產生的光，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。
第二種是原子發(fā)光，熒光燈燈管內壁涂抹的熒光物質被電磁波能量激發(fā)而產生光，此外霓虹燈的原理也是一樣。原子發(fā)光具有獨自的基本色彩。
第三種是同步加速器（synchrotron）發(fā)光，同時攜帶有強大的能量，原子爐發(fā)的光就是這種，但是我們在日常生活中幾乎沒有接觸到這種光的機會。
光按照光束特性分為普通光和激光
普通光：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，就象是一支無組織、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。
激光：激光光束中，所有光子都是相互關聯的，即它們的頻率（或波長）一致、相位一致、偏振方向一致、傳播方向一致。激光就好像是一支紀律嚴明的光子部隊，行動一致，因而有著極強的戰(zhàn)斗力。這就是為什么許多事情激光能做，而陽光、燈光、燭光不能做的主要原因。
光按照光譜分為：紅外光、可見光、紫外光。人類肉眼所能看到的可見光只是整個電磁波譜的一部分，據統(tǒng)計，人類感官收到外部世界的總信息中，至少90%以上通過眼睛……。電磁波之可見光譜范圍大約為390～760nm(1nm=10^-9m=0.000000001m)，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微米以上到1000微米左右的電磁波稱為“紅外線”。在0.39微米以下到0.04微米左右的稱“紫外線”。紅外線和紫外線不能引起視覺，但可以用光學儀器或攝影方法去量度和探測這種發(fā)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。
人眼對各種波長的可見光具有不同的敏感性。實驗證明，正常人眼對于波長為555納米的黃綠色光最敏感，也就是這種波長的輻射能引起人眼最大的視覺，而越偏離555nm的輻射，可見度越小。
4 光的傳播
當一束光投射到物體上時，會發(fā)生反射、折射、干涉以及衍射等現象。
光線在均勻同種介質中沿直線傳播。
光遇到水面、玻璃以及其他許多物體的表面都會發(fā)生反射。例：垂直于鏡面的直線叫做法線；入射光線與法線的夾角叫做入射角；反射光線與法線的夾角叫做反射角。在反射現象中，反射光線、入射光線和法線都在同一個平面內；反射光線、入射光線分居法線兩側；反射角等于入射角。這就是光的反射定律。如果讓光逆著反射光線的方向射到鏡面，那么，它被反射后就會逆著原來的入射光的方向射出。這表明，在反射現象中，光路是可逆的。凹凸不平的表面（如白紙）會把光線想著四面八方反射，這種反射叫做漫反射。
光線從一種介質斜射入另一種介質時，傳播方向發(fā)生偏折，這種現象叫做光的折射。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，若小于，則折射角大于入射角。若入射角為0，折射角為零，屬于反射的一部分。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入不產生折射，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。如從在岸上看平靜的湖水的底部屬于第一種折射，但看見海市蜃樓屬于第二種折射。凸透鏡凹透鏡這兩種常見鏡片所產生效果就是因為第一種折射。
5 光的色散
復色光分解為單色光而形成光譜的現象叫做光的色散。色散可以利用棱鏡、光柵、干涉儀等儀器來實現。牛頓在1666年最先利用三棱鏡觀察到光的色散,把白光分解為彩色光帶(光譜).色散現象說明光在媒質中的速度(或折射率n=c/v)隨光的頻率而變.任何介質的色散均可分正常色散和反常色散兩種。
白光是由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫等各種色光組成的叫做復色光。紅、橙、黃、綠等色光叫做單色光。讓一束白光射到玻璃棱鏡上，光線經過棱鏡折射以后就在另一側面的白紙屏上形成一條彩色的光帶，其顏色的排列是靠近棱鏡頂角端是紅色，靠近底邊的一端是紫色，中間依次是橙黃綠藍靛，這樣的光帶叫光譜。光譜中每一種色光不能再分解出其他色光，稱它為單色光。由單色光混合而成的光叫復色光。自然界中的太陽光、白熾電燈和日光燈發(fā)出的光都是復色光。
6 反射與色彩
在光照到物體上時，一部分光被物體反射，一部分光被物體吸收。透過的光決定透明物體的顏色，反射的光決定不透明物體的顏色。不同物體，對不同顏色的反射、吸收和透過的情況不同，因此呈現不同的色彩。比如一個黃色的光照在一個藍色的物體上，那個物體顯示的是黑色，因為藍色的物體只能反射藍色的光，而不能反射黃色的光，所以把黃色光吸收了，就只能看到黑色了。但如果是白色的話，就反射所有的色。
7 光的實質
光到底是什么？是一個值得研究，和必需研究的問題。當今物理學院就已經又達到了一個瓶頸，即相對論與量子論的沖突，光的本質是基本微粒還是像聲音一樣的波（若是波又在什么介質中傳播）對未來研究具有指導性作用。
目前比較合理的觀點是光既是一種粒子同時又是一種波，具有波粒二象性，就像水滴和水波的關系。
