光是什么东西。我们每天看见光。太阳升起来天亮了。太阳落下去天黑了。我们开灯房间亮了。关灯房间黑了。光很重要。没有光我们看不见东西。光从哪里来。太阳会发光。电灯也会发光。蜡烛也会发光。这些光一样吗。看起来好像差不多。仔细想想有点不一样。

太阳光很亮。眼睛不能直接看太阳。电灯没那么亮。我们可以盯着电灯看。蜡烛光更暗一些。晚上点蜡烛只能照亮一小块地方。为什么它们不一样。因为它们发出的光强度不同。光强就是光的强弱。太阳光很强。电灯其次。蜡烛最弱。除了强度不同还有别的不同吗。太阳光看起来是白色的。电灯光有时偏黄有时偏白。蜡烛光是橙黄色的。这说明光的颜色可能不同。

我们见过彩虹。彩虹有七种颜色。红橙黄绿蓝靛紫。这些颜色都是太阳光里的颜色。太阳光其实是很多种颜色混合在一起。混合后成了白色。我们可以做个实验。拿一个三棱镜。让太阳光穿过三棱镜。墙上会出现彩色光带。这个实验告诉我们白色光可以分解。分解成不同颜色的光。不同颜色的光有什么不同。它们的波长不一样。红色光波长最长。紫色光波长最短。其他颜色在中间。

光是一种波。像水波一样。水波有波峰和波谷。光波也有波峰和波谷。波长就是两个波峰之间的距离。不同颜色光波长不同。我们眼睛只能看见特定波长的光。太长的光看不见。太短的光也看不见。比红色光波长更长的光叫红外线。我们看不见红外线。但是能感觉到热。冬天晒太阳暖和就是因为红外线。比紫色光波长更短的光叫紫外线。我们也看不见紫外线。紫外线会让皮肤晒黑。医院用紫外线消毒。

光怎么传播的。光沿直线传播。我们看见影子就是因为光沿直线传播。光照不到的地方形成影子。这是很简单的道理。但是光遇到东西会怎么样。光遇到镜子会反射。我们照镜子就是利用光的反射。光遇到水会折射。筷子插进水里看起来弯了就是光的折射。光遇到小孔会怎么样。小孔成像就是例子。在纸板上扎一个小孔。外面景物的倒影会出现在墙上。

光跑得很快。到底多快呢。一秒钟可以绕地球七圈半。月亮离我们很远。月光来到地球需要一秒多钟。太阳离我们更远。阳光来到地球需要八分多钟。我们看到的是八分多钟前的太阳。星星离我们非常远。星光来到地球需要很多年。我们看到的是很多年前的星星。有些星星可能已经不存在了。但我们还能看见它们的光。这很有趣。

光有时候像波。有时候像粒子。这是什么意思。光照射在某些金属上能让电子跑出来。这叫光电效应。这个现象用波动说不好解释。爱因斯坦说光是由光子组成的。光子像一个个小颗粒。每个光子有能量。能量大小和光的颜色有关。紫色光的光子能量大。红色光的光子能量小。光既是波又是粒子。这很奇怪。我们生活中找不到这样的东西。但在微观世界里就是这样。

我们利用光做很多事情。眼睛利用光看见世界。照相机利用光记录影像。植物利用阳光生长。太阳能电池把光能变成电能。激光是特殊的光。激光方向性好。医院用激光做手术。我们看电影用投影仪。投影仪把光投到屏幕上。光纤利用光传递信息。电话和互联网都用光纤。光在现代生活中无处不在。

光有很多秘密还没被发现。科学家一直在研究光。光是电磁波的一种。无线电波也是电磁波。只是波长不同。X射线也是电磁波。波长很短。伽马射线也是电磁波。波长更短。这些都是光家族的成员。我们眼睛只能看见其中很小一部分。宇宙中大部分光我们都看不见。但是我们制造仪器可以探测它们。望远镜能看到遥远星系的光。光谱仪能分析光的成分。通过分析星光我们知道星星由什么元素组成。

生活中到处都有光的现象。肥皂泡为什么有颜色。那是因为薄膜干涉。光盘表面为什么有彩色。那是因为光栅衍射。天空为什么是蓝色的。那是因为瑞利散射。早晨的太阳为什么是红色的。那是因为大气散射。这些现象背后都有物理原理。物理就在我们身边。观察这些现象很有意思。想一想为什么更有意思。物理不是枯燥的公式。物理是理解世界的方式。

光的本质是什么。这个问题争论了很久。牛顿说光是粒子。惠更斯说光是波。后来实验证明光既是波又是粒子。这超出日常经验。量子力学描述这种行为。量子力学很奇妙。在量子世界里很多东西和日常经验不同。光子的行为不可预测。只能知道概率。两个光子可以纠缠。无论多远都能瞬间影响。这很神奇。科学家利用量子纠缠做量子通信。这是新技术。

光的速度是常数。真空中光速不变。这个发现很重要。爱因斯坦由此提出相对论。相对论说时间会变慢。长度会收缩。质量会变大。这些听起来不可思议。但是实验证明是对的。GPS卫星就要考虑相对论效应。否则定位会不准。光是宇宙中最基本的东西之一。研究光让我们更了解宇宙。

我们和光的关系很密切。生物需要光。人类发明各种人造光。从火把到电灯再到LED。光的利用越来越高效。现在我们可以控制光的颜色和亮度。可以产生极强的激光。可以制造几乎不发光的黑暗。对光的控制反映科技水平。未来光科技会更发达。可能用光做计算机。可能用光传输更大信息。可能用光治疗更多疾病。光是希望。光是未来。光是宇宙给我们的礼物。