科技之窗

光的踪迹

作者  安德烈

发表日期 27/06/2008 更新日期 27/06/2008 16:26 TU

光熄灭后就等于消失了吗？根据物质不灭定律，作为物质的光又岂能消失呢？如果没有消失，它又去了哪里？从上古至今，人们一直在苦苦探寻着答案。

光曾经就在那里，那骄傲地闪烁的光芒。瞬间，“圣手”熄灭了光。光失踪了，它会掉到黑洞里吗？或者另寻出逃之路？它究竟藏在了哪里？要知道光的秘密，须得先知道何谓光也？它的本质、它的面孔？自从人类走出洪荒，开始思考并懂得发问，人类就试图得到一点点照亮思想的光辉，弄清来去无踪的光的真相。

那么，就从头说起吧。『圣经』上说，上帝刚刚创造了人间世，却看到大地陷入黑暗。上帝于是说：“给这世界一点光”，于是世界就有了光。这就是『圣经』创世纪中对光诞生的描述，光之地位可窥一斑。

从上古始，大智慧者不断地质问光的本质。当时就已发生了这样一场争论：光是一种在空间扩散的犹如水面的浪花一般的光波呢？还是物质的微粒子的流动呢？

十七世纪，先是笛卡尔然后是牛顿从相当粗糙的但已经非常有效的第一批光学仪器的观察结果里发展出一种光粒子模型。关于光的本性，牛顿创立了光的“微粒说”。与此相对的惠更斯则发展出一套能够解释光反射与折射现象的光学理论。他在『光论』一书中阐述了他的光波动原理，即惠更斯原理。牛顿的“微粒说”与惠更斯的“波动说”构成了关于光的两大基本理论。自此，光是波动还是微粒在科学界展开了一场旷日持久的拉锯战。但最后，牛顿有关光分解的实验占了上风。他提出的光是一种微粒子波，而且白色日光由不同颜色的光构成的理论主宰了将近两个世纪。

只是到了十九世纪，由于英国物理学家托马斯-扬与法国物理学家非涅尔的杰出实验，使人们对光的认识重新大幅倾向于光即波的概念，并基本淘汰了微粒子说。托马斯-扬通过著名的杨氏双缝实验证明光的干涉现象，指出光是以纵波形式传播的。尤其当德国科学家赫兹用实验证实电磁波的存在，也证实了光其实是电磁波的一种，两者具有共同的波的特性后，人们会不假思索地回答：光即波。

然而，到了二十世纪初，普朗克创立量子假说，爱因斯坦提出光在所有参照系中速度必然相同的法则。继而提出光量子理论，解释了光电现象，揭示了微观客体的波粒二重性。光粒子说从此强势回归。并成为压倒性的理论。

然而，人们的疑问并没有就此打住。最雄辩最能服人的理论也许是谁能证明科学大师们提出的两大理论各有对和不对的成分。因为光同时是波，同时是微粒子，这就是赫赫有名的“光子”。困难在于我们无法描绘光子。在量子物理的世界里，物理法则与我们人通过五官所能感觉到的毫无关系。光子应该像什么呢？假若我们非要描绘出光子的形状，光子可能更接近如同幽灵般的能量构成的云团，而非弹子球状。

好在我们仍能够计算光。光子的流量一般来说要比物质的流量少得多。打个比方：一个水龙头每秒钟流出一万亿兆个水分子，躺在沙滩上晒，你所接收的光子每秒钟比一只水龙头的流量少于三百倍。翘望明月，你的眼睛只能每秒钟接收100亿个光子。一些实验证明，每个视网膜细胞，它们的总数大约一亿，只需要两到三个光子就能导致产生神经冲动。这就等于我们毫无知觉、视而不见地“看着”一个一个的光子从眼皮底下溜走。

对光的本质的认识的逐步深化使得人类正在把光驯化。光学技术在激光领域、在照相和数码摄影机使用的检波器、在光盘使用的受光器和复制器、在印刷机和信息传输领域使用的光缆等领域越来越广泛的应用。对光的本质的大争论引出量子力学的诞生。现代文明从电脑、电视、手机到核能、航天、生物技术，无不依赖量子论。

在今天，甚至人们都能够使光线减速。比如，在1990年代末，一些科学家成功地把光速减缓到每秒17米，也就是每小时61公里。另外一个科研小组甚至把光速减缓到每小时3公里。甚至把光流停住几分之一秒。要知道，光以每秒钟三十万公里的速度在太空游走，这一速度对我们人的世界而言是无法逾越的极限。人们开始怀疑，我们肉眼可见的世界实行的一套也许同量子世界一套并不相同。而被我们叫做光子的东西就属于量子世界。

那么，如果你相信未来，就展开幻想的翅膀吧。试想在遥远的未来，假如我们逮住了光，假若我们发明了光速飞船，我们将与光并行，我们大约就能亲眼看到光的去处。