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光的本質是電磁波嗎?

2024-01-21科學

光的本質是電磁波,電磁波就是光。這是一個科學的事實,也是一個常識。

光和電磁波都是一種由交變的電場和磁場組成的波動現象,只是它們的波長和頻率不同,導致我們的感官和儀器對它們的反應不同。我們平時所說的光,通常指的是可見光,也就是人眼能夠感知的那部份電磁波,它的波長在380nm到780nm之間,頻率在3.9×10Hz到7.9×10Hz之間。

除了可見光,電磁波還包括了無線電波、微波、紅外線、紫外線、X射線、γ射線等,它們的波長從幾千公裏到幾皮米不等,頻率從幾赫茲到幾百億兆赫茲不等。這些電磁波都是光,只是我們的眼睛看不到而已。

光是電磁波的說法,是由19世紀末的物理學家麥克斯韋提出的。他透過數學推導,發現了描述電場和磁場相互作用的一組方程式式,即麥克斯韋方程式組。

他從這組方程式組中發現了一種波動解,這種波動的速度正好等於光在真空中的速度,也就是光速c。他因此推斷,光就是一種由交變的電場和磁場組成的波動現象,也就是電磁波。

他的理論得到了後來的實驗驗證,例如赫茲發現了無線電波,也就是一種長波長的電磁波;愛因斯坦解釋了光電效應,也就是一種短波長的電磁波對金屬表面電子的影響。這些實驗都證明了光和電磁波的本質是一樣的,只是波長和頻率的不同導致了不同的物理現象和套用。

電磁波就是光的說法,是由20世紀初的物理學家普朗克提出的。他為了解釋黑體輻射的規律,提出了一個假設,即電磁波的能量是不連續的,而是以一份一份的最小單位,即量子,來傳遞的。他把電磁波的量子稱為光子,並給出了光子的能量和頻率的關系,即E=hν,其中E是光子的能量,ν是電磁波的頻率,h是普朗克常數。

他的假設得到了後來的實驗驗證,例如康普頓發現了X射線的散射,也就是一種高能量的光子與電子的碰撞;玻爾解釋了氫原子的光譜,也就是一種低能量的光子與原子能階的躍遷。這些實驗都證明了電磁波的粒子性,也就是電磁波就是由光子組成的。因此,電磁波就是光,只是我們的感官和儀器對不同頻率的光子的反應不同而已。