作為電器時(shí)代的產(chǎn)物，手電筒從誕生至今已經(jīng)經(jīng)歷了上百年的更新迭代。手電筒的誕生大大地方便了人類(lèi)的生活，讓我們?cè)谝归g出行有了更多的保障。小小的手電筒，只需要輕輕一按，便能形成巨大的光柱，如同激光棒一般。

相信許多人小時(shí)候都做過(guò)一件事，那就是用手電筒照天空，看那一束光柱直沖漆黑的天幕，或許會(huì)想象照出的這束光是否能夠到達(dá)太空呢？

理論上來(lái)講，光是射線，可以無(wú)限傳播，可是當(dāng)我們關(guān)閉手電筒后卻看不到任何光留下的痕跡，不禁讓很多人會(huì)發(fā)出疑問(wèn)，打開(kāi)手電筒再立刻關(guān)閉，光線到底是直接會(huì)消失還是繼續(xù)傳播呢？

什么是光

光的本質(zhì)是一種處于特定頻段的光子流，來(lái)自于電場(chǎng)和磁場(chǎng)的相互激發(fā)，激發(fā)的能量推動(dòng)了光子的高速運(yùn)動(dòng)。

光的發(fā)出，首先需要一個(gè)光源，光源中原子、分子在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中產(chǎn)生了光輻射，這種輻射像無(wú)數(shù)條射線對(duì)外無(wú)限延伸，就可以將自身的光照到別的物體，根據(jù)光源的大小和光輻射強(qiáng)弱的不同，也就形成了光亮不同的光源。

一切能夠自然發(fā)光的物體我們稱(chēng)之為光源，光源主要分為自然光源和人造光源。

宇宙中有的星球能夠發(fā)光，這種星球我們稱(chēng)之為恒星，距離地球最近的恒星就是太陽(yáng)。太陽(yáng)在發(fā)出光的同時(shí)還會(huì)釋放大量的熱能，太陽(yáng)光的存在是地球能夠誕生生命的重要條件。有人看著皎潔的月亮或許會(huì)問(wèn)，月亮是否是恒星呢？雖然在我們看來(lái)月亮能發(fā)出光，但這并不是月亮自身形成的光芒，而是太陽(yáng)光的反射。

光對(duì)于人類(lèi)乃至整個(gè)自然界都有著至關(guān)重要的作用，光的作用不僅僅只是照明，任何綠色植物的生長(zhǎng)都離不開(kāi)光合作用，人體內(nèi)也有多種元素需要在光照下才能合成，可以說(shuō)光是生命的搖籃。

在未來(lái)，隨著各種不可再生資源的匱乏，太陽(yáng)光攜帶的能量將會(huì)是人類(lèi)重要的能源。人造光源的出現(xiàn)也讓黑夜不再恐懼，只要有人類(lèi)文明聚集的地方，即使到了黑夜，依然燈火通明，一片明亮?？梢哉f(shuō)無(wú)論是自然光還是自然光都改變了人們的生活，造福了人們的生活。

光的研究歷史

光是一種神奇的物質(zhì)，我們能看到光照亮物體，觸碰時(shí)它卻仿佛空氣一般，為了搞清楚光的存在，人類(lèi)一直以來(lái)都沒(méi)有停下探索光的步伐。關(guān)于光的研究，我們甚至可以追溯到2000多年前的古希臘和春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期。

在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，墨家的創(chuàng)始人墨子就通過(guò)了世界上第一小孔成像的實(shí)驗(yàn)，就在《墨經(jīng)》中記錄了關(guān)于光的相關(guān)知識(shí)，解釋了光的傳播，以及光是沿著直線運(yùn)動(dòng)的。歐洲的歐幾里得也寫(xiě)出了《光學(xué)》一書(shū)，并通過(guò)數(shù)學(xué)定律來(lái)論證了光的反射。

“小孔成像”

墨子和歐幾里得只是對(duì)于光的一些基本性質(zhì)的研究，隨著理論越發(fā)的成熟，科學(xué)家開(kāi)始了對(duì)光的本質(zhì)的研究，從物理角度解析什么是光成為了研究主題。對(duì)于光的本質(zhì)認(rèn)識(shí)，人類(lèi)經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的歲月，但始終沒(méi)有誕生真正有說(shuō)服力的學(xué)說(shuō)。

到了十七世紀(jì)，才形成了波動(dòng)說(shuō)和微粒說(shuō)兩種相對(duì)有信服力的學(xué)說(shuō)，但這兩種學(xué)說(shuō)相互對(duì)立，斗爭(zhēng)了近兩個(gè)世紀(jì)。波動(dòng)學(xué)說(shuō)的主張者有笛卡爾和胡可。

笛卡爾通過(guò)“以太”假說(shuō)，來(lái)說(shuō)明了光的本性。其認(rèn)為光的顏色源于以太粒子不同的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，強(qiáng)調(diào)媒介的影響，可以說(shuō)是波動(dòng)說(shuō)的創(chuàng)始人。胡可則是將光波與水波進(jìn)行類(lèi)比來(lái)證明光的波動(dòng)性，通過(guò)對(duì)鉆石進(jìn)行摩擦使其發(fā)光，證明光其實(shí)是一種振動(dòng)。

以太假說(shuō)：地球行經(jīng)承載光的介質(zhì)以太

微粒說(shuō)的主要推崇者為牛頓，牛頓通過(guò)光的色散現(xiàn)象提出了光的微粒學(xué)說(shuō)，也是通過(guò)三棱鏡的色散實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了光的多種顏色，牛頓通過(guò)進(jìn)一步的研究解釋了光的折射、衍射以及干涉等現(xiàn)象，完善了微粒說(shuō)。微粒說(shuō)也因此越來(lái)越受認(rèn)可，幾乎占據(jù)了統(tǒng)治地位。盡管如此，牛頓也并非全部正確的，當(dāng)時(shí)牛頓提出的一些理論在后來(lái)也被證實(shí)為錯(cuò)誤的。

到了十九世紀(jì)，因?yàn)橐恍┭芯堪l(fā)現(xiàn)，證明了牛頓一些觀點(diǎn)的錯(cuò)誤，波動(dòng)說(shuō)又逐漸成為主流。最后在20世紀(jì)，愛(ài)因斯坦提出光的量子說(shuō)，康普頓證實(shí)了光的粒子性，兩種的結(jié)合使人們認(rèn)識(shí)到了光的波粒二象性。

光的波動(dòng)性

除了微粒說(shuō)和波動(dòng)說(shuō)，在19世紀(jì)，麥克斯韋通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，光的速度和電磁波速度相同，后來(lái)德國(guó)物理學(xué)家赫茲的存在，馬可尼在二者的理論基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了多種電磁波，還證明了光就是一種電磁波，光與其他電磁波相比，在本質(zhì)上完全相同，只是在波長(zhǎng)和頻率上有很大的差別。

光本身就是一種神奇的物質(zhì)，它的本質(zhì)被蒙上了一層層神秘的面紗，歷代的科學(xué)家如抽絲剝繭般一層層地尋找真相，后人踩在前人的肩膀上繼續(xù)前行。到了現(xiàn)代，我們對(duì)光的認(rèn)識(shí)已經(jīng)更深入，更全面。

總體來(lái)看，人類(lèi)對(duì)于光的本質(zhì)認(rèn)識(shí)還是主要圍繞著波動(dòng)說(shuō)和微粒說(shuō)來(lái)進(jìn)行的，在某個(gè)歷史階段，隨著相關(guān)的研究突破，兩種學(xué)說(shuō)互相占據(jù)優(yōu)勢(shì)，但總體而言，研究方向是前進(jìn)的。

光的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

在小學(xué)的數(shù)學(xué)課本上，我們會(huì)對(duì)線進(jìn)行認(rèn)識(shí)，線可以分為直線、射線和線段。用這個(gè)性質(zhì)來(lái)看，光其實(shí)就是一條射線。從理論上來(lái)講，光由光源發(fā)出后是可以無(wú)限向四周傳播的，但是我們經(jīng)?？吹降墓鈪s射程有限，這其實(shí)就關(guān)系到了光的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

墨子通過(guò)小孔成像實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了光的直線傳播，牛頓根據(jù)光的直線傳播性質(zhì)，認(rèn)為光是微粒流，并以此對(duì)光的直線傳播做出了進(jìn)一步分析。其認(rèn)為是由于光源向外射出微粒，在真空或者均勻物質(zhì)內(nèi)因?yàn)閼T性做出了直線運(yùn)動(dòng)。正是因此，我們可以看到在生活中光是不會(huì)轉(zhuǎn)彎的。

光的運(yùn)動(dòng)是以電磁波的形式向四周傳播，而電磁波的速度是非?？斓模援?dāng)我們打開(kāi)手電筒時(shí)，一瞬間眼前就能變得明亮，當(dāng)我們切斷電源時(shí)，電子和磁場(chǎng)也就停止了工作，光芒也就消失了。

有人認(rèn)為太陽(yáng)光可以傳送到地球，那么手電筒的光應(yīng)該也能傳播很遠(yuǎn)，但事實(shí)上并非如此。首先我們之所以在地球能看到太陽(yáng)光，那是因?yàn)樘?yáng)射出的光微粒以光速穿過(guò)大氣層，最終來(lái)到地球表面。

太陽(yáng)距離地球太過(guò)遙遠(yuǎn)，以至于太陽(yáng)光以光速到達(dá)地球也需要八分鐘，依靠太陽(yáng)的不斷輸出，和太陽(yáng)光中蘊(yùn)含的強(qiáng)大能量，太陽(yáng)光最終才能來(lái)到地球。身處地球，經(jīng)過(guò)宇宙和大氣層的過(guò)濾后，我們只能感受到柔和的陽(yáng)光，但事實(shí)上太陽(yáng)具有強(qiáng)大的能量，如果沒(méi)有大氣層，整個(gè)地球就如同在烤爐上一樣。在太陽(yáng)光照到地球的過(guò)程中，這些能量在不斷地被消耗，最后支撐太陽(yáng)光來(lái)到地球。

我們的手電筒雖然也能發(fā)出光，但是這個(gè)光所蘊(yùn)含的能量極為弱小，根本不足以支持手電光在長(zhǎng)距離的傳播。當(dāng)手電筒打開(kāi)后，在向前傳播的過(guò)程中因?yàn)榭諝庵械奈⒘?，能量?huì)逐漸被消耗，所以最后的射程有限。

之所以我們打開(kāi)手電筒能看到一個(gè)光柱，就是因?yàn)槭蛛娡苍谠丛床粩嗟匕l(fā)出光芒，支撐了光柱的延續(xù)。但是因?yàn)槟芰坎蛔?，這個(gè)光柱只能維持在一定范圍內(nèi)，一旦我們關(guān)閉電筒后，沒(méi)有了能量的支撐，光也就消失了。所以當(dāng)我們打開(kāi)手電筒又立馬關(guān)閉，即使空氣中的光會(huì)傳播，但是傳出的距離微乎其微，相當(dāng)于是直接消失了。

光的效應(yīng)

光的運(yùn)動(dòng)雖然是呈直線運(yùn)動(dòng)，但是在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)因?yàn)楦鞣N介質(zhì)發(fā)生折射，我們所說(shuō)的海市蜃樓就是因?yàn)楣獾恼凵浜头瓷湫纬傻淖匀滑F(xiàn)象。人造光在速度上與太陽(yáng)光其實(shí)沒(méi)有區(qū)別，但是因?yàn)槭蛛娡蔡N(yùn)含的能量太弱，使得手電筒光難以獲得好的穿透力，往往在射出后不久就消耗殆盡。

光的能量在運(yùn)動(dòng)中體現(xiàn)在多個(gè)方面，最直白的就是體現(xiàn)在熱量上，光蘊(yùn)含的能量越多，往往越熱。比如我們?cè)谙奶鞎r(shí)，因?yàn)榈厍蚬D(zhuǎn)的原因，北半球距離太陽(yáng)變近。太陽(yáng)光到達(dá)地球的距離變短，能量消耗減少，所以氣候也變得熱了起來(lái)，植物也生長(zhǎng)得更快。人造光同樣如此，現(xiàn)在有的手電筒打開(kāi)后，照得非常亮，非常遠(yuǎn)，但是這種手電筒在工作一段時(shí)間后往往也會(huì)發(fā)燙。

其實(shí)從理論上來(lái)說(shuō)，只要能量足夠強(qiáng)，手電光也是可以長(zhǎng)距離傳播的。曾經(jīng)在奧特曼大電影中就有過(guò)一個(gè)劇情，因?yàn)樘?yáng)的消失，科學(xué)家研發(fā)出了一個(gè)人造太陽(yáng)，這個(gè)太陽(yáng)照耀了整個(gè)星球，即使在宇宙中也能看到。隨著科技的發(fā)展，或許未來(lái)我們也能發(fā)明出可以照到太空的手電。

事實(shí)上，從衛(wèi)星照片中，我們看到當(dāng)夜幕降臨時(shí)，地球會(huì)出現(xiàn)很多的小光點(diǎn)，可是一旦停電，就會(huì)消失，這也證明了光的傳播需要有能量供給，失去能源供給后，光即使能傳播，但也會(huì)有能量耗盡消失的時(shí)候。

我們通過(guò)巨型望遠(yuǎn)鏡觀察宇宙，也與光密不可分，宇宙中除了太陽(yáng)之外還有許多的恒星，它們的光通過(guò)折射反射等多種方式，最終向地球所在方位散發(fā)，我們?cè)诮邮蘸缶湍軓?fù)原出某一時(shí)刻某個(gè)地方的場(chǎng)景。光是神奇的，并不只是照明，往往還蘊(yùn)含著各種信息。

光的運(yùn)用

光對(duì)于人類(lèi)而言是至關(guān)重要的，許多人或許不了解光，但是光的運(yùn)用卻是十分廣泛的，在能源，電子、通信都有著廣泛的應(yīng)用。因?yàn)閷?duì)光的研究，我們發(fā)現(xiàn)了光的顏色，讓我們看到了彩色電視。因?yàn)閷?duì)光成像的研究，我們找到了治療近視的方法，讓我們?cè)谑覂?nèi)利用光能，進(jìn)行大棚蔬菜的種植，讓我們可以吃到反季節(jié)的蔬菜。

光能同樣是重要的清潔能源，可用于發(fā)電等，在未來(lái)還會(huì)被進(jìn)一步廣泛運(yùn)用，可以說(shuō)對(duì)光能的研究大大推動(dòng)了人類(lèi)的進(jìn)步。

對(duì)于光的研究，人類(lèi)一直未曾停止腳步，有人提出過(guò)猜想，如果當(dāng)運(yùn)動(dòng)的速度超過(guò)光速，是否就能研究出時(shí)光機(jī)，對(duì)此我們還不得而知，但是隨著科技的發(fā)展，時(shí)間終會(huì)告訴我們答案。