人類對于客觀世界的認知，首先依賴于人類身體的感覺器官對世界的感知，而認知的絕大部分來自于視覺，或者說來自于光。

光是最接近世界本質的存在，從某種意義上來說，對光的本質的研究引領了物理學的革命，光的曆史構築了物理學的曆史。

黑洞邊緣的光

光一直以來都是哲學家和科學家的興緻所在。赫拉克利特說，光是燃燒的過程，而非燃燒的東西；牛頓認為光既在同一直線上相繼，又在不同直線上同時；愛因斯坦考慮到，光速是不受時間約束，永恒不變的存在。光的曆史大體可分成三個階段：幾何光學、具象光學和抽象光學。

幾何光學

正如幾何學被應用于研究物質那樣，有關光學的論證都立足于經驗引出的事實上。——惠更斯。

人類早期的光學研究為幾何光學，把光作為一種幾何概念的存在，主要觀察光的直線傳播、反射規律、透鏡成像等經驗問題，不涉及光的本質，但仍然蘊含着哲理。

月食

戰國時期，墨翟在《墨經》中就提到了光和影的關系，認為光從物體發出或被物體反射，從而被眼睛看見。古希臘時期，阿那克西曼德特提出了月亮因反射太陽的光線而發光，亞裡士多德對眼睛向物體發出視線的說法産生質疑。公元前3世紀，歐幾裡得在《反射光學》中，給出了人類在光學領域第一個定量的反射定律，整個幾何光學的巅峰當屬費馬原理：光線傳播的路徑總是需時最少的路徑。

費馬原理：光程泛函的變分為零δF(t)=0。

具象光學

“光的顔色多種多樣”與物體運動的不同方式有深刻聯系。——笛卡爾

關于光的認知，真正走向近代科學的是達芬奇、伽利略和笛卡爾等人，笛卡爾在1635年的《折光學》中第一次假設平行于兩種介質界面的速度分量不變，對折射定律進行了理論推證，并首先提出了關于光的本性的兩種假說，一種認為光是類似微粒的一種物質，後來成為牛頓支持的微粒說；另一種認為光是一種以”以太“為介質的壓力，也就是惠更斯堅持的波動說。

以太：所有的空間，甚至在恒星之外最遙遠的距離上，都應充滿着物質。——笛卡爾

牛頓通過思考認為，假如光是一種波，它應當同聲音一樣繞過障礙物，而不産生影子，又經過雙折射實驗發現，光線在不同的側面應被賦予了不同的性質，這一卓越的靈感使得牛頓加深了對波動說的反對，因為如果壓力或者波動通過均勻介質傳播而來，必定在所有側面都是相同的。

雙折射與偏振：光波電矢量振動對于光的傳播方向失去對稱性

1672年，牛頓在《關于光和顔色的理論》中提出光的複合與色散：光不同顔色的微粒混合或分開構成了光的各種顔色。

光的色散實驗：同一可折射性總是屬于同一顔色，同一顔色總是屬于同一可折射性。

我沒有把引力看作物體的基本屬性，我之所以有這樣的疑問，是因為我由于缺乏實驗而對它還不滿意。——牛頓

牛頓折射定律：入射正弦與折射正弦成一給定的比率。AD是入射角正弦，EF是折射角正弦。

1704年牛頓在《光學》中又将微粒說與牛頓力學體系融為一體，合理地解釋了反射和折射定律，由此光的微粒說占據上風。

光的波動說：以蠟燭火焰的ABC三點為中心作出的同心圓表示來自它們的光波

另一種是惠更斯堅持的波動說，惠更斯認為，假設光是一種微粒，那麼光在交叉時就會發生碰撞而改變方向。1690年，惠更斯在《光論》中建立了惠更斯原理：介質中任一波陣面上的各點，都是發射子波的新波源，其後任意時刻，這些子波的包絡面就是新的波陣面。根據此原理，可以完美地推導出光的反射和折射定律。

反射定律

惠更斯反射定律：CB是入射光，AC表示入射光波的一部分（光波中心無限遠，AC可視為一條直線），圓弧SNR以A為圓心，以AG為半徑，另外三條圓弧分别以三個K為圓心，以三個KM為半徑。直線BN是四條圓弧唯一的公切線，因此反射光隻能沿着AN方向。根據三角形相似性，入射角∠CBA等于反射角∠NAB。

折射定律

惠更斯折射定律：DA是入射光，AC是入射光線的一部分，假定光波在介質中傳播速度會減慢，因此以A為圓心産生的球面波SNR的半徑小于BC，同理K點産生的球面波等比例的小于HK，則BN是所有圓弧的公切線，從A點作BN的垂線AN，就表示折射光。

1801年，托馬斯楊進行了著名的楊氏雙縫實驗，光屏上出現了明暗相間的黑白條紋，并首次提出了光是一種橫波以及光的幹涉現象，後來菲涅耳用兩個平面鏡産生的相幹光源完成了光的幹涉實驗，夫琅禾費通過光栅發現了光的衍射現象，光的波動說逐漸牢固。

夫琅禾費衍射

在這個相當長的時期内，人們對光波的理解僅僅局限于某種介質的力學振動，衆所周知的“以太”就是所謂光的載體。

抽象光學

1865年，麥克斯韋建立了電磁場的麥克斯韋方程組，推出電磁場的擾動以“以太”為介質振動傳播，并計算出光速為每秒31萬千米（∂²ψ/∂t²-c²∂²ψ/∂x²=0）。1887年，邁克爾遜莫雷實驗否定了地球相對于“以太”運動，“以太”進而失去了作為絕對參考系的價值，使得人們接受了電磁場本身就是物質存在的一種形式，最終讓光速不變原理和狹義相對論原理得到普遍認同。

麥克斯韋方程組

1887年，赫茲發現了光電效應，光的微粒性再一次被證實，1900年，普朗克首次提出量子化假設（ε=ℏω），1905年愛因斯坦提出光量子假說（E=hv），同年康普頓證明了X射線的微粒性（λ=h/mc²）。1923年，德布羅意提出的波粒二象性（λ=h/P），1927年湯姆生在實驗中證實了電子束的波動性質。量子力學的建立沖破了把光僅僅理解為某種振動的狹隘觀念，人們終于意識到光的抽象理念。

克西米爾效應

20世紀後期，科學家認識到真空漲落存在虛光子（i-Photon），1948年，克西米爾發現了真空量子化的克西米爾效應(F=-Cπ/d²)，1954年楊振甯創立了楊——米爾斯理論，基本粒子的行為不再符合對稱群描述。

楊——米爾斯理論

光是從黑暗之中噴薄而出一種原創的力量——啟蒙。

光既是粒子又是波，既确定又不确定，既是概率又是實體，光的概念由模糊到具象再到抽象，最終的“經驗”慢慢靠近最初的“印象”，似乎暗示了某種循環，蘊藏着某種深刻的意義。

光在各種創世的神話之中象征着世界的秩序

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