。電子把這能量的一部分用於克服金屬表面對它的吸力即作逸出功,餘下的就變成電子離開金屬表面後的動能。
這種從光子的性質出發,來研究光與物質相互作用的學科即為量子光學。它的基礎主要是量子力學和量子電動力學。
光的這種既表現出波動性又具有粒子性的現象既為光的波粒二象性。後來的研究從理論和實驗上無可爭辯地證明了:非但光有這種兩重性,世界的所有物質,包括電子、質子、中子和原子以及所有的宏觀事物,也都有與其本身質量和速度相聯絡的波動的特性。(未完待續)
259 物理學之光學 下
光學成就
對火的認識
我國古代取火的工具稱為“燧”,有金燧、木燧之分。金燧取火於日,木燧取火於木。根據我國古籍的記載,古代常用“夫燧”、“陽燧”(實際上是一種凹面鏡,因用金屬製成成,所以統稱為“金燧”)來取火。古代人們在行軍或打獵時,總是隨身帶有取火器,《禮記》中就有“左佩金燧”、“右佩木燧”的記載,表明晴天時用金燧取火,陰天時用木燧取火。陽燧取火是人類利用光學儀器會聚太陽能的一個先驅。講到取火,古代還用自制的古透鏡來取火的。公元前2世紀,就有人用冰作透鏡,會聚太陽光取火。《問經堂叢書》、《淮南萬畢術》中就有這樣的記載:“削冰令圓,舉以向日,以艾承其影,則火生。”我們常說,水火不相容,但製成冰透鏡來取火,真是一個奇妙的創造。用冰製成透鏡是無法長期儲存的,於是便出現用玻璃或玻璃來製造透鏡。
《華嚴經》菩薩問明品記載“勤首菩薩以頌答曰:如鑽燧求火,未出而數息,火勢隨止滅,懈怠者亦然。如人持日珠,不以物承影,火終不可得,懈怠者亦然”。
針孔成像和影的認識
公元前4世紀,墨家就做過針孔成像的實驗,並給予分析和解釋。《墨經》中明確地寫道:“景到(倒),在午有端,與景長,說在端。”這裡的“午”即小孔所在處。這段文字表明小孔成的是倒像,其原因是在小孔處光線交叉的地方有一點(“端”),成像的大小,與這交點的位置無關。從這裡也可以清楚看到。古人已經認識到光是直線行進的,所以常用“射”來描述光線徑直向前。北宋的沈括在《夢溪筆談》中也記述了光的直線傳播和小孔成像的實驗。他首先直接觀察在空中飛動,地面上的影子也跟著移動。移動的方向與飛的方向相反。然後在紙窗上開一小孔,使窗外飛的影子呈現在窒內的紙屏上。沉括用光的直進的道理來解釋所觀察到的結果:“東則影西,西則影東”。墨家利用光的直線傳播這一性質,討論了光源、物體、投影三者的關係。《墨經》中寫道:“景不徙,說在改為。”“光至,景亡。若在,盡古息。”說明影是不動的,如果影移,那是光源或物體發生移動。使原影不斷消逝,新影不斷生成的緣故。投影的地方,如果光一照,影子就會消失,如果影子存在,表明物體不動,只要物體不動,影子就始終存在於原處。墨家對本影、半影也作了解釋。《墨經》中有這樣的記載:“景二,說在重。”“景二,光夾。一。光一。光者,景也。”意思是一物有兩種投影(本影、半影),說明它同時受到兩個光源重複照射的結果(“說在者”。“光夾”)、一種投影,說明它只受一個光源照射,並且強調了光源與投影的聯絡(“光者,景也”)。與此相連,墨家還根據物和光源相對位置的變化,以及物與光源本身大小的不同來討論影的大小及其變化。
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