光理论的发展

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光理论的进展



1.a介绍，古代光学理论的历史 为了了解近代物理你需要了解光

 光一定是相对论的研究内容，因为光的传播速度3×108m/s。

 光是一种量子现象，经典力学认为光是一种波，但是光是一定有粒子性的。 古代希腊人对光的概念

主要有三种理论和人的视觉使这样工作的

 恩培多克勒认为光线从人眼中发射出来，然后光线反射回人眼，给人提供信息。  留基伯认为光是由原子在短时间内发出的。  亚里士多德认为光是一种形式，而不是物质。

1.b公元1500年到公元1860年

在中世纪，伊斯兰教的学者使光学的研究更加先进。那很明确光不再仅仅是一种物理现象作用于人的视觉，光本身是一种物理实体。17世纪后期，对光有两种不同的看法。  光是由粒子组成的。这个观点是由牛顿在他的论文中提出的。他认为光是由大量的微小

粒子组成的，光大体上表现得像波。

 光是一种波，这种观点最早由惠更斯提出。在一些方面，光解释了这种理论，尽管缺乏

严谨的数学理论。 从1700年到大约1860年，科学家们在辩论上述两种观点哪种是正确的。很多实验试图去解决这个争议。然而，大多数这些实验可以解释这些观点。结果主要如下： 1704年：牛顿环，两个平面的干涉光和反射光和在一起。 1704年：光射入棱镜，能射出不同颜色的光。

1801年：M.Young最早做出双缝实验。在这个实验中要求光两个间隔十分小的狭缝。

1818年：泊松斑，假如光是一种波的话，它经过圆形的障碍物会发生衍射，那么在它的中心会有阴影。泊松坚信光是一种粒子。

1849年：测量光在空气中的传播速度，由H.Fizeau最早测量。

1850年：测量光在水中的传播速度，并且与光在空气中的传播速度进行比较。结果显示光在水中的传播速度慢。

1.c麦克斯韦的电磁理论

在十九世纪中期，法拉第做的很多实验将电学和磁学联系在一起。他相信电学和磁学两者有亲密的联系。他也相信这些与光也是相联系的。他的实验表明，偏正光穿过介质（石英）会被很强的磁场改变传播方向（现在叫法拉第旋转），他相信是在正确的轨道上。

在十九世纪60年代，另一个英国科学家麦克斯韦继承了法拉第的研究。麦克斯韦是一个有经验的理论学家，他能把数学理论应用到各种现代物理理论中。麦克斯韦的电磁理论很快的成为一种主要的先进知识。他正式的把电现象和磁现象统一为一个新现象，电磁波。在

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数学上规定电磁波的传播速度约为3×10m/s，接近光速。他猜测电磁波的实体就像光一样。他的观点在20年后被盒子用实验证实。

麦克斯韦的理论不仅统一了光现象和磁现象，也统一了光现象。后来被理解为其他现象，电磁波、X射线、伽马射线等，这些全部都是电磁波。麦克斯韦的工作被人称赞为一个成功的经得住时间考验的工作。他的理论在以后的150年里没有被修改。他的理论也建立了相对


论的萌芽。尽管后来大量的光学理论被告，但麦克斯韦方程始终是有效的。

2.a讨论麦克斯韦的电磁波理论

麦克斯韦理论的核心就是麦克斯韦方程。我们将不会在数学上阐明，但是我们会简单的用文字描述。这些方程式在麦克斯韦之前就已经被提出，但是麦克斯韦把这些方程式整合到一个单一的理论中。我们将关注其最后两个方程式。  高斯定理：这个方程基本上告诉我们怎么样在一个静电荷区域发现电场（电荷产生电场）  没有磁单极子：这个和之前的相同，只不过是用在磁场中。但它们之间没有关系。（没

有点磁场，没有磁荷）

 法拉第定理：法拉第之前的工作发现一次改变磁场能创造一个电场。（电磁感应，你并

不一定要一个点电荷去创造一个电场）

 安培定律：这个方程有两个部分。第一部分就是高斯定理，电流（移动的电荷）能产生

磁场。麦克斯韦补充：基于对称性，另一个术语说明一个改变的电场能创造一个磁场。（就像法拉第定律） 这个重大的发现，麦克斯韦组合最后两个方程式，当时么有来源（当时没有电荷和电流）。 改变电场→改变磁场→改变电场→改变磁场→改变电场→改变磁场→改变电场→…… 这个过程是没有终点的。这个数学关系在法拉第定理和安培定理中被提出，这组成了波环境。麦克斯韦认为把这个实体叫做电磁波。组成了数学方程式，它仅仅只能确定电磁波的传播速度。结果是电磁波的传播速度接近光速。

麦克斯韦假设光的实体就是电磁波。这是一个振荡的电场和磁场——电磁场。尽管这个发现不能直接实验。这个美丽的想法使其在科学界迅速发展。Heinrich Hertz花费二十年做实验去证实。

你可以去证实电磁波用一个电池、一根电线、一个AM收音机。把这三样器件串联起来。当收音机打到低频率时，割断电线的一端接到另一个端点。当接触时电场快速地改变了，并且发出EM波。这种波能被AM收音机接收到。

现在不但光是一种电磁波，而且微波、无线电、紫外线、X射线和伽马射线都是电磁波。为了知道为什么使它们不同，还需要不断尝试。



2.b简单介绍横波

让我们来研究简谐波的特征。例如一个波在数学上能用正弦函数和与弦函数表示。y(x,t)=Asin2π(x/λ+ft)。一个波的基本特性：  振幅：A  波长：λ  频率：f  周期：T=1/f

 波速：v=fλ，对光来说我们用c来表示，因此c=fλ



2.c了解EM波的特性

 在这个理论中波的传播速度已经给出。所有的电磁波的传播速度都等于光速。我们不在

这里讨论为什么电磁波的传播速度等于光速。

 偏振光被视为电场有方向性的振荡组成的EM波。这是对光的另一种解释，我要了解一

点。光的偏振是光的属性在光量子实验中。我们要探究的是线性偏振光。这种光就是电场在一条简单直线上的振动。有很多种方法可以创造这种偏振光，但是我们用现代的可信的方法去创造这样的偏正光。

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