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【科学说明文】《我们是怎样看到反射光?》

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西莉卡镇楼
《我们是这样看到反射光的?》
作者:82554507
早在古希腊,伟大的数学家、欧式几何的建立者——欧几里得(Ευκλειδης ,约公元前325年—公元前265年)就发现了光的反射定律
即:反射光线与入射光线、法线在同一平面上;反射光线和入射光线分居在法线的两侧;反射角等于入射角 。可归纳为:“三线共面,两线分居,两角相等”。光具有可逆性。光的反射线象中,光路上是相等的。
该定律中,使用了“光线”这个物理模型。
人们规定光线是一条直线,标有方向。是一种不存在的物理模型。
实际上,光并没有这么简单,它具有波粒二象性(既是粒子又是波),它是一种电磁波,也是由光子(爱因斯坦光子假说)组成的。光还有很多不可思议的性质,如光速不变原理,
光的多勒普效应,还有广义相对论中的引力红移等等。
1704年,伟大的物理学家、数学家、微积分和经典力学、几何光学的奠基人,炼金学和神学家艾 萨克·牛顿爵士PRS MP(Sir Isaac Newton,1643年1月4日-1727年3月31日)发表了
《光学》一书,此书是牛顿的又一著作(最有名的是《自然哲学的物理原理》)
(光学)
艾萨克·牛顿 爵士
牛顿的观点是,光是粒子构成的,
就是说,在地球上垂直地打开手电筒(不计光扩散),这束光终究会由于地球的引力而落回地球。
后来,著名的双缝干涉实验、光的衍射等都说明了光的波动性。
那么,光到底是粒子还是波呢?人们一直认为,粒子和波是两种不同的东西,
光的粒子论和波动论只有一个是正确的。
而麦克斯韦也认为光是波,而且他预言光是电磁波(现在当然已经证实)
我们现在知道,光具有波粒二象性,波动说和粒子说都是正确的,
这显然很荒唐,一个粒子同时还是波!
但这是事实,量子力学本身就是违背常识的。
回答我们的标题,我们怎样看到反射光?
前面我们讲了反射定律,和光是粒子又是波的事实。
大家都知道,原子是原子核和电子构成的,
早期的量子力学家常常这样比喻:如果一个原子是足球场,那么原子核就是一个足球,
电子就是一粒灰尘。可想而知,原子里面大部分都是空的!
新西兰物理学家欧内斯特·卢瑟福(1871年8月30日-1937年10月19日)曾经用α粒子(卢瑟福)
来轰击氢原子(相信学过选修3-5的学长们都知道),大多数α粒子都顺利地穿过原子,
而只有少数被反射了回来,卢瑟福就因此发现了原子核,可以说开创了量子力学
有趣的是,卢瑟福因此获得了诺贝尔化学奖,当时他还幽默地说:“我竟摇身一变,成为一位化学家了。”“这是我一生中绝妙的一次玩笑!”
光子是不是也像α粒子一样,只有打在原子核上才能反射呢?
那么大多数的光子都是穿过原子,我们几乎看不到反射光?
当然,我们忽略了一个重要的粒子——电子,它同样具有波粒二象性(由德布罗意预言)
电子的任务就是吸收和放出光子。
当光子接近原子时,由于光子带电磁力(它是力传递子)
它就会与电子相互作用,也就是,电子要把光子“吃掉”
电子吸收光子后,能级上升,这就发生了迁跃。
电子由于吸收了光子的能量,它就到了更高能级的轨道(根据玻尔的原子模型)
但是电子很不老实,突然得到这么多能量,它肯定受不了,
于是它就又将光子吐了出来(当然是另一个)
把这个微观的模型拿到宏观里,就形成了反射光。
这个有一个有趣的结论——我们看到的反射光,居然不是原来那束光!
备注:由于学历有限,可能有所不足或错误,请广大网友指出。
欧几里得:
玻尔:
德布罗意:


IP属地:湖北1楼2015-04-17 20:41回复