光與人類的不解之緣

1、.光與人類的不解之緣2019年被結(jié)合國命名為國際“光之年International Year of Light，以宣傳和普及人類歷史上那些與“光有關(guān)的重大科技成就。之所以選擇2019年作為節(jié)點，主要是因為至少七個里程碑事件恰逢50周年及其倍數(shù)，值得隆重紀念。1015年，伊拉克物理學家海什木Ibn Al-Haytham，西方人也稱他為Alhazen發(fā)表了光學的開山之作，系統(tǒng)地描繪了當時人們對“光和“像的認識。盡管憑借當時的科技手段，海 什木等科學家無法洞悉光的本質(zhì)，但通過對光影現(xiàn)象及其規(guī)律的觀察和歸納，他們?nèi)匀焕斫饬斯馀c像的諸多根本性質(zhì)。800年之后的1815年，法國物理學家菲涅耳Augusti

2、n Frenel創(chuàng)立了波動光學理論，提醒出光的波動屬性。作為一名工程師，菲涅耳在制造光學儀器方面也頗有心得，著名的“菲涅耳透鏡就出自他的手筆。 1827年，年僅39歲的菲涅耳因結(jié)核病死于巴黎。令人遺憾的是，他對光學所做的出色奉獻在他的有生之年并沒有得到廣泛認可，直到去世很多年后，他的一些 重要論文才得以陸續(xù)發(fā)表，對現(xiàn)代光學的開展產(chǎn)生了深化的影響。最終菲涅耳的名字得以和其他71位法國著名人物的名字一道被刻在宏偉的埃菲爾鐵塔上，流芳百世。1865年，英國物理學家麥克斯韋James Clerk Maxwell提出了光的電磁波理論，將人類對光的認識提升到了一個嶄新的高度。從小就聰明過人的麥克斯韋，16

3、歲進入愛丁堡大學學習數(shù)學和物理 學，19歲獲得學士學位之后進入劍橋大學三一學院繼續(xù)深造，四年以后畢業(yè)并留校任職。1856年，25歲的麥克斯韋分開工作了兩年的劍橋大學，成為蘇格蘭 馬里沙耳學院的教授。1860年，麥克斯韋攜妻子來到倫敦，成為國王學院的講席教授。他在這一時期深化研究了電學和磁學的諸多根本問題，陸續(xù)發(fā)表了被后世 稱作麥克斯韋方程組的電磁統(tǒng)一理論的雛形。1865年，在題為“電磁場的動力學理論一文中，麥克斯韋完善了他的方程組并指出，“光和磁力是同一種物質(zhì)的 不同狀態(tài)，而且光是一種遵從電磁學定律在電磁場空間傳播的擾動。這一偉大的預言于1888年被德國物理學家赫茲Heinrich Hertz

4、的實驗所證實，但可惜的是麥克斯韋早在九年前就因病去世，享年48歲。麥克斯韋辭世的1879年，恰好愛因斯坦降生，現(xiàn)代物理學的精彩篇章因此得以續(xù)寫下去。愛因斯坦的故事可謂家喻戶曉，他于1905年提出了光量子的概念，成 功地解釋了光電效應實驗，也推動了量子論的開展。至此物理學家們承受了光同時具有波動性和粒子性的本質(zhì)。同一年愛因斯坦創(chuàng)立了狹義相對論，更是把光速作為宇宙的終極速度引入物理學，該速度不因參考系的選取而改變。十年之后的1915年，愛因斯坦又發(fā)表了震驚世界的廣義相對論，指出光線在宇宙空間受到引力場 的作用是可以發(fā)生彎曲的。后者也得到了實驗的證實。然而人類對于光的認識并沒有終結(jié)。基于宇宙學大爆炸理論，原初的光子會在宇宙年齡約38萬年時退耦，形成彌漫于宇宙全空間的微波背景輻射。1965年，美國 射電天文學家阿爾諾艾倫彭齊亞斯Arno Allan Penzias和羅伯特伍德羅威爾遜Robert Woodrow Wilson在?天體物理學雜志?上發(fā)表了一篇總字數(shù)缺乏940個單詞的短文，宣布測量到了宇宙的背景光子。兩人為此分享了1978年的諾貝爾物理學獎。發(fā)生在1965年的另一個重要科學事件，是高錕在光導纖維通訊領(lǐng)域獲得了革命性的打破。這位具有英美雙重國籍的華裔物理學家當時正在國際 電報公司設(shè)在英 國的子公司工作，他基于無數(shù)次的實驗嘗試提出了以石英基玻璃纖維作長程信息傳遞的載體，使光