研究背景
光的研究曆史和力學一樣，在古希臘時代就受到注意，光的反射定律早在歐幾裏得時代已經聞名，但在自然科學與宗教分離開之前，人類對於光的本質的理解幾乎再沒有進步，隻是停留在對光的傳播、運用等形式上的理解層麵。（ 另，曆史告訴我們，古中國早在戰國初期，墨學創始人墨子便發現了光的反射定律，建立了中國的光學體係。）十七世紀，對這個問題已經開始存在波動學說和粒子學說兩種聲音。
光的概念
光是一個物理學名詞，其本質是一種處於特定頻段的光子流。光源發出光，是因為光源中電子獲得額外能量。如果能量不足以使其躍遷到更外層的軌道，電子就會進行加速運動，並以波的形式釋放能量。如果躍遷之後剛好填補了所在軌道的空位，從激發態到達穩定態，電子就不動了。否則電子會再次躍遷回之前的軌道，並且以波的形式釋放能量。
光的特征
光同時具備以下四個重要特征：
1 在幾何光學中，光以直線傳播。筆直的光柱和太陽光線都說明了這一點。
2 在波動光學中，光以波的形式傳播。光就像水麵上的水波一樣，不同波長的光呈現不同的顏色。
3 光速極快。在真空中為299792458≈3×108m/s，在空氣中的速度要慢些。在折射率更大的介質中，譬如在水中或玻璃中，傳播速度還要慢些。
4 在量子光學中，光的能量是量子化的，構成光的量子（基本微粒），我們稱其為光量子，簡稱光子，因此能引起膠片感光乳劑等物質的化學變化。
光的傳播規律
光在同種均勻介質中沿直線傳播。小孔成像、日食和月食還有影子的形成都證明了這一事實。撇開光的波動本性，以光的直線傳播為基礎，研究光在介質中的傳播及物體成像規律的學科，稱為幾何光學。在幾何光學中，以一條有箭頭的幾何線代表光的傳播方向，叫做光線。幾何光學把物體看作無數物點的組合（在近似情況下，也可用物點表示物體），由物點發出的光束，看作是無數幾何光線的集合，光線的方向代表光能的傳遞方向。
幾何光學中光的傳播規律有三：
（1）光的直線傳播規律已如上述。大地測量也是以此為依據的。
（2）光的獨立傳播規律。兩束光在傳播過程中相遇時互不幹擾，仍按各自途徑繼續傳播，當兩束光會聚同一點時，在該點上的光能量是簡單相加的。
（3）光的反射和折射定律。光傳播途中遇到兩種不同介質的分界麵時，一部分反射，一部分折射。反射光線遵循反射定律，折射光線遵循折射定律。
光的散射、反射與吸收散射
根據科學家的測定，藍色光和紫色光的波長比較短，相當於小波浪；橙色光和紅色光的波長比較長，相當於大波浪。當遇到空氣中障礙物的時候，藍色光和紫色光因為翻不過去那些障礙，便被散射得到處都是，布滿整個天空，就是這樣被散射成了藍色。這是130年前諾貝爾獎獲得者瑞利發現的。當太陽落山時的傍晚，天空不顯現藍色而顯現紅色，正在下落的太陽變成暗紅色，也是一樣的道理。原來在傍晚溫度下降，濕度增加，顆粒物濃度升高，光遇到的更多的微粒，使得陽光中的紫色和藍色的部分看不見了，僅留下一點點顆粒物吸收的橙紅色光線經再次輻射而形成的光線，因而出現紅色或暗紅色。
反射
太陽光在照射地球過程中，一部分輻射被大氣層反射，一部分被陸地、水麵等反射，還有一部分被冰雪反射。為什麽地球赤道如此炎熱，而南北兩極如此寒冷？從太陽照射間距離和角度分析，其吸收的熱能不可能相差如此之大。主要是地磁場的作用引起的，由於兩極地磁場磁力線非常密集，說明其磁場比較大，磁力線是直線的，光進入磁場中沿磁力線傳播，難以交叉碰撞，反射非常強烈，產生熱非常少。加上兩極人類活動少，排放的固體顆粒物少，空氣中其他氣體分子少，光輻射氣體、固體或液體進行散射也少，因此，其溫度非常低，最終出現寒極。
吸收
電磁輻射與物質的作用本質是物質吸收光能後發生躍遷。躍遷是指物質吸收光能後自身能量的改變，因這種改變是量子化的，故稱為躍遷。不同波長的光，能量不同，躍遷形式也不同，因此有不同的光譜分析法。 本章尚未完結,請點擊下一頁繼續閱讀---->>>