上游充通大 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 探索微观物质世界 第四讲光的本质认识 饶群力 MHI
探索微观物质世界 第四讲 光的本质认识 饶群力
上游充通大￥ e SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 光是物质么？ 如果不是，与物质是什么关系？ 光对人类的重要性不言而喻，《圣经》中创世纪的第一 件事，就是“要有光
光是物质么？ 如果不是，与物质是什么关系？ 光对人类的重要性不言而喻，《圣经》中创世纪的第一 件事，就是“要有光
上游充通大￥ 古人对光的认识 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 古代对光的认识 表象认识，古埃及神话中，光是一个有翅的光明 神；后来影响到古希腊，天神的儿子一戴昂奈 萨斯，扩展到希腊哲学中来。 开始发现光的本质，古希腊人以为眼睛中发出某 种触须接触物体；汉语也用“目光”这样的词描 述人眼视线等。亚里斯多德主张光是介质中的一 种作用； 我国很早就否定了光从眼睛里发出来的，吕氏春 秋·任数篇》中：“目之见也借于昭
古人对光的认识 古代对光的认识 表象认识，古埃及神话中，光是一个有翅的光明 神；后来影响到古希腊，天神的儿子——戴昂奈 萨斯，扩展到希腊哲学中来。 开始发现光的本质，古希腊人以为眼睛中发出某 种触须接触物体；汉语也用“目光”这样的词描 述人眼视线等。亚里斯多德主张光是介质中的一 种作用； 我国很早就否定了光从眼睛里发出来的，吕氏春 秋·任数篇》中：“目之见也借于昭
上产充鱼大我国古代对光的性质的队识® SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 物与影的关系揭示光的直线传播 《墨经》有这样的记载：“景，光之人，煦若射，下者之 人也高；高者之人也下，足蔽下光，故成景于上，首蔽上 光，故成景于下。在远近有端，与于光，故景库内也。 “景到，在午有端，与景长。说在端。” 《韩非子》、《梦溪笔谈》有记载 元代天文数学家赵友钦在《革象新书》中进一步详细地考 察了日光通过墙上孔隙所形成的像和孔隙之间的关系 ·当孔隙相当小的时候，尽管孔隙的形状不是圆形的 ,所得的像却都是圆形的；孔的大小不同，但是像 的大小相等，只是浓淡不同；如果把像屏移近小孔 所得的像变小，亮度增加
我国古代对光的性质的认识 物与影的关系揭示光的直线传播 • 《墨经》有这样的记载：“景，光之人，煦若射，下者之 人也高；高者之人也下，足蔽下光，故成景于上，首蔽上 光，故成景于下。在远近有端，与于光，故景库内也。 ”“景到，在午有端，与景长。说在端。” • 《韩非子》 、《梦溪笔谈》 有记载 • 元代天文数学家赵友钦在《革象新书》中进一步详细地考 察了日光通过墙上孔隙所形成的像和孔隙之间的关系 • 当孔隙相当小的时候，尽管孔隙的形状不是圆形的 ，所得的像却都是圆形的；孔的大小不同，但是像 的大小相等，只是浓淡不同；如果把像屏移近小孔 ，所得的像变小，亮度增加
上游充通大￥ SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 铜镜中发现光的反射 。古代取火的工具称为“燧”，如“木燧” 0 铜镜出现后，利用凹面铜镜的会聚作用，人们开始取火于 日，于是出现“阳燧”。 ·《周礼秋官司寇》中有：“掌以夫燧，取明火于日”的记 载；《庄子》中道：“阳燧见日，则燃而为火” 《梦溪笔谈》中有这样的记载：“阳燧面洼，以一指迫而 照之则正，渐远则无所见，过此遂倒。” 《庄子·天下篇》中记载：“鉴以鉴影，而鉴以有影，两鉴 相鉴则重影无穷”。平面镜组合成像
铜镜中发现光的反射 • 古代取火的工具称为“燧” ，如“木燧” • 铜镜出现后，利用凹面铜镜的会聚作用，人们开始取火于 日，于是出现“阳燧”。 • 《周礼·秋官司寇》中有：“掌以夫燧，取明火于日”的记 载；《庄子》中道：“阳燧见日，则燃而为火” • 《梦溪笔谈》中有这样的记载：“阳燧面洼，以一指迫而 照之则正，渐远则无所见，过此遂倒。” • 《庄子·天下篇》中记载：“鉴以鉴影，而鉴以有影，两鉴 相鉴则重影无穷”。平面镜组合成像
上游充通大￥ 大气光学的认识 e SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 晕、虹、海市蜃楼等 《礼记·月令》指出：“季春之月..虹始见” “孟冬之月 .虹藏不见”；《周礼》中记载有“十煇”， 指的是包括 虹”等在内的十种大气光学现象。 0 东汉蔡邕(132~192)《明堂月令》中写道：“虹见有青赤之色 ，常依阴云而昼见于日冲。无云不见，太阳亦不见，见辄与日 相互，率以日西，见于东方.” 唐初孔颖达（574~648)进一步认识到虹的成因，“若云薄漏日 ，日照雨滴则虹生”，明确指出“日照”和“雨滴”是产生虹 的条件 0 8世纪中叶，唐代张志和在《玄真子涛之灵》中指出：“背日喷 乎水，成虹霓之状”，第一次用实验方法得出人造虹
大气光学的认识 晕、虹、海市蜃楼等 • 《礼记·月令》指出：“季春之月……虹始见”，“孟冬之月 ……虹藏不见”；《周礼》中记载有“十煇”，指的是包括 “ 虹”等在内的 十种大气光学现象。 • 东汉蔡邕 (132 ~192) 《明堂月令》中写道：“虹见有青赤之色 ，常依阴云而昼见于日冲。无云不见 ，太阳亦不见，见辄与日 相互，率以日西，见于东方……” • 唐初孔颖达（574~648）进一步认识到虹的成因，“若云薄漏日 ，日照雨滴则虹生”，明确指出“日照”和“雨滴”是产生虹 的条件 • 8世纪中叶，唐代张志和在《玄真子·涛之灵》中指出：“背日喷 乎水，成虹霓之状”，第一次用实验方法得出人造虹
上游充通大￥ 欧洲古代光学的发展 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 古希腊神话认为：彩虹是上帝的信使，叫“Iis”。西方 对虹的成因作出正确解释的是在13世纪，比我们晚约 600年。但是，进一步深究彩虹颜色产生的原因，引发 对光的本质深入探索，从而揭开微观物质世界的面纱。 公元前六世纪开始，古希腊的哲学家开始探讨光的传播 性质。 欧几里得（公元前330~275年)认识到光走直线、 《光学》和《 反射光学》中给出光的反射定律 托勒密(Claudius Ptolemy,约90年一168年)《光学》记载 大气折射，发现折射现象，入射角和折射角成正比，这种比例 在角度不大时，是近似正确的。并作了一些角度的计算
欧洲古代光学的发展 古希腊神话认为：彩虹是上帝的信使，叫“Iris”。西方 对虹的成因作出正确解释的是在 13 世纪，比我们晚约 600年。 但是，进一步深究彩虹颜色产生的原因，引发 对光的本质深入探索，从而揭开微观物质世界的面纱。 公元前六世纪开始，古希腊的哲学家开始探讨光的传播 性质。 • 欧几里得（公元前330~275年）认识到光走直线、《光学》和《 反射光学》中给出光的反射定律 • 托勒密（Claudius Ptolemy，约90年—168年 ）《光学》记载 大气折射，发现折射现象，入射角和折射角成正比，这种比例 在角度不大时，是近似正确的。并作了一些角度的计算
上游充通大￥ 光学认识的启蒙 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 中世纪，欧洲： 黑暗的宗教神权统治下，科学的研究重 心转到阿拉伯地区。 伊本-阿尔-黑森是阿拉伯国家最杰出的物理学家，在光学方面， 改进实验方法，使用球面和抛物面反光镜，并研究了球面象差 ,透镜的放大率与大气的折射；用适当的数学方法解决了几何 光学的问题。 直到文艺复兴时期，光是由眼睛发出的认识在欧洲仍然 流行 科学全才列奥纳多.达.芬奇(Leonardo da Vinci)从眼 球的构造解释了成像原理，第一次彻底打破光的这种错 误观念
光学认识的启蒙 中世纪，欧洲：黑暗的宗教神权统治下，科学的研究重 心转到阿拉伯地区。 • 伊本-阿尔-黑森是阿拉伯国家最杰出的物理学家，在光学方面， 改进实验方法，使用球面和抛物面反光镜，并研究了球面象差 ，透镜的放大率与大气的折射；用适当的数学方法解决了几何 光学的问题。 直到文艺复兴时期，光是由眼睛发出的认识在欧洲仍然 流行 科学全才列奥纳多.达.芬奇（Leonardo da Vinci）从眼 球的构造解释了成像原理，第一次彻底打破光的这种错 误观念
上游充通大￥ 近代光学的发展 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 十四世纪欧洲文艺复兴的开始，人们开始追求对光的本 质认识。 ·达.芬奇（1452-1519)从水的波纹谈到空气里的波以及声 音的定律，并且认识到光也有许多类似的现象，因而波的 理论也可应用于光。 ·几何光学的三大定律：光线的直线传播定律、光线的独立 传播定律、光的反射和折射定律精确定量化。1621年荷 兰数学物理学家斯涅尔(Willebrord Snell Van Roijen 1591-1626)重新发现了光的折射定律，不仅导出可定量 计算的折射定律，而且也让当时的科学家对折射发生的根 本机制心存疑窦，这为不久后物理光学的出现埋下伏笔
近代光学的发展 十四世纪欧洲文艺复兴的开始，人们开始追求对光的本 质认识。 • 达.芬奇（1452-1519）从水的波纹谈到空气里的波以及声 音的定律，并且认识到光也有许多类似的现象，因而波的 理论也可应用于光。 • 几何光学的三大定律：光线的直线传播定律、光线的独立 传播定律、光的反射和折射定律精确定量化。 1621年荷 兰数学物理学家斯涅尔（Willebrord Snell Van Roijen 1591-1626）重新发现了光的折射定律，不仅导出可定量 计算的折射定律，而且也让当时的科学家对折射发生的根 本机制心存疑窦，这为不久后物理光学的出现埋下伏笔
上游充通大￥ 争论两派的主要人物。红、 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 笛卡尔 微粒说 波动说 牛顿 波义尔、胡克、惠更斯 拉普拉斯、马吕斯 托马斯杨、菲涅耳 麦克斯韦 赫兹麦克尔逊莫雷、普朗克等 爱因斯坦
争论两派的主要人物 笛卡尔 微粒说 波动说 牛顿 波义尔、胡克、惠更斯 拉普拉斯、马吕斯 托马斯.杨、菲涅耳 麦克斯韦 赫兹、麦克尔逊/莫雷、普朗克等 爱因斯坦