​光以何种形式传播？具有那些性质？

光以何种形式传播？具有那些性质？

看到这个题目很多读者可能马上会想到光难道不是沿直线传播吗？难道还有其他传播方式吗？至于性质那就是传播速度约为30万km/s，能给我们带来光亮与热能。这些当然没错，那么除了这些性质，光具体还有那些传播方式与性质下面我们一起来探索下吧！

微观世界中光的传播方式与性质:

科学界对光的研究可以说一直都处于一种痴迷的状态，在现代物理学中我们经过科学家的不断研究与实验已经探究出光在微观世界里是以粒子性与波动性的方式传播，同时光子的自旋周期为1，是一种规范的玻色子。

在早期科学界对微观世界光的传播到底具有粒子性还是具有波动性一直有着很大的争论。早期物理学家惠更斯认为光是以波的形式传播的，同时光以波的形式传播也可以很好的说明光波因互相干涉形成波前，同时根据惠更斯原理也可以给出光的直线传播与球面传播的定性解释，也可以推导出反射定律与折射定律。

随后牛顿提出了光以粒子传播的观点，他认为光是以非常奇妙的粒子组成的，遵守运动定律。同时也能很好的解释光的直线传播与反射性质。由于牛顿的学术地位在当时是没人可以动摇的，所以对于他提出的光线粒子论在百年之久是没有人敢去挑战的。

到十九世纪的早期首先托马斯·杨通过双缝实验证明了衍射光波叠加原理，而这是牛顿的粒子论无法解释的一种现象。也确实的说明了光的波动性。奥古斯丁·菲涅耳在惠更斯原理的基础上假定了次波与次波之间是可以干涉的，又假定次波的这幅与方向有关。惠更斯－菲涅耳原理能够解释光波的朝前方传播与衍射现象。

至此光在微观世界里以波的形式传播貌似在物理学界站稳了脚，后来也有许多科学家站出来研究光在微观世界是以何种方式传播，最终他们也都认同了波动说，直到爱因斯坦的出现。1905年在爱因斯坦发表的《光电效应》中指出一束光通过照射金属表面使得金属表面会有大量电子析出，析出的电子也称光电子。

爱因斯坦将一束光描述成一群离散的量子，也就是光子。而不是连续性波动。1916年，美国物理学者罗伯特·密立根通过实验证实了爱因斯坦关于光电效应的理论。从此物理学界才统一了思想承认了光不但具有波动性同时还具备粒子性，即光在微观世界是具有波粒二象性的。

而就在前不久西班牙和美国的科学家组成的国际科研团队发现了光的一种新的传播方式那就是光可以螺旋传播，就像一根像弹簧一样。他们在实验中发现当激光束通过氩气云后，光束前方的单个光子围绕其中心轨道速度要比光束后方光子慢得多，所以才会让光束组建成弹簧状、圆环状、开瓶器状和新月状。研究人员将光的这一新特性称为“自扭矩”。

宏观世界中光的传播方式与性质:

在宏观的世界里光的基本传播方式有三种:沿直线传播、反射与折射。沿直线传播的光一般可以自行发光的物体比如:太阳、灯等等。

而这个宇宙中其实大部分物体都是不会自行发光的，那么这些物体就要通过反射可以自行发光的物体的光来显现出自己的位置以及形状，比如:月球、房子等等。

最后折射则是一束光在通过玻璃或者水面这样的介质时会使处在这些介质中物体的实际位置发生不同程度偏折。

而我们可以去欣赏这个美丽的世界则是因为这些这些自行发光的物体或者反射其他光源的物体将它们的像传到我们的视网膜在经过大脑处理才让我们看到的。

而在宏观世界里光还有一种比较特殊传播方式那就是弯曲传播！光弯曲传播是必须在一个特定的环境下——强引力场。

这个猜想是爱因斯坦在《广义相对论》中的一个猜想。他说:“在宇宙中光在传播路径上如果遇到强引力场时那么它就会改变原有的传播路径"。爱因斯坦认为我们太阳的质量就足以使它周围的空间发生弯曲，这样在太阳背面的恒星发出的光因为在经过太阳时会发生弯曲传播，这时即使它就在太阳的正后方我们在地球上也是可以观测到它的。而太阳的光芒太过耀眼，而这颗恒星的光在经过太阳后我们几乎是看不到它的。最终候爱因斯坦认为要验证这个猜想最好的时机就是日食。

于是爱因斯坦向全球科学家发出邀请，邀请他们在全球发生日食的时候去观测太阳周围的弯曲现象，帮助自己去证实这一猜想。之后在1919年5月29日爱丁顿和戴森的观测队在这次日全食观测中，证明了爱因斯坦所说的:由于太阳后方恒星发出的光在经过太阳时会发生弯曲导致这颗恒星的成像发生位移。这种现象也被称为引力透镜效应。

光速是如何被测量的:

①罗默利用木卫一在时间段内的“消踪”与“现踪”的方法测量光速

起初科学家们认为光速是无限的，没有具体的传播速度，直到丹麦天文学家罗默从测量实验中得出光波是以有限速度传播的。之后罗默把太阳、地球、木星和木卫一做为一套完整的系统对光速展开了测量。如图所示A点为太阳

B点为木星，而当木卫一绕木星运动到木星背后时也就是图中CD的阴影部分时，由于太阳光照射到木卫一的光线会被木星遮挡，所以这段时间从地球上是观测不到木卫一的(当木卫一运动到C点时，木卫一消失称为“消踪"；木卫一运动到D点时，木卫一出现称为"现踪")。那么假如当地球运动到F点，木卫一恰好运动到C点时，木卫一从观测者的视野中消失，而由于光的传播是以一定速度进行的，所以在木卫一消失后一段时间内，地球上的观测者才能发现木卫一消失的现象。而当地球运动到G点时，木卫一刚好运动到D点，这时木卫一又出现在地球观测者的视野中。这时因为地球从F点运动到G点是在逐渐靠近木星，所以这组观察中木卫一从消失到出现所用的时间是较短的。而还有一种情况是当地球运动到L点时木卫一恰好运动到C点，当地球运动到K点时木卫一运动到D点。那么由于这种情况是地球逐渐在远离木星，所以这种情况木卫一从消失到出现所用的时间是较长的。

在罗默重复了几十次这样的观测后得出结论，光线传播速度可能等同于地球绕太阳公转轨道直径的距离，光波从木星到达地球大约需要22分钟时间，这大约等于220,000公里每秒，比我们实力光速值低了约26%。

尽管这个数值与我们光速的实际数值有一定的差距，但这也证实了光速不是无限的，也正是如此让后期的天文学家们在光速的测量上有了更多的投入，让光速的实际传播很快的与我们见面了。

②迈克尔逊 八面镜测光速法

在迈克尔逊的八面镜测光速中，他做了一个正八棱柱，而在八个侧面上分别安上一面镜子，

这时如图，让一束入射光S与镜面形成一个45°的夹角，反射角也与镜面形成一个夹角为45°。这时当光线S1经过反射系统B时将光线S2反射到八面镜的其中一面镜面上，而这时S2与镜面的入射角、反射角也必须为45°才能使得这束光最终传播到观测站T去计算光速。迈克尔逊在反复实验后，调节八面镜的转动速度刚好为S1、S2与镜面的夹角为45°(设:八面镜的转速为n转/s;光线走过的距离为L1、L2，反射系统距离较短忽略不计;光速为c米/s)。最终得出△t=1/8nT ；S=L1+L2 ；推导C=16n(L1+L2)。 计算出光速为:3×10∧8/s 与我们现在被认同的光速已经很接近了。

③K.M埃文森等人利用激光测量光速

1972年，美国的K.M.埃文森等人直接测量激光频率ν和真空中的波长λ，按公式c=νλ算得c=(299792458±1.2)米/秒。并且在1975年的第15届国际计量大会上宣布把c=(299792458±1.2)米/秒的光速值作为国际推荐值使用。

同时在爱因斯坦的《广义相对论》中揭示了光速可能是我们宇宙中传播最快的速度。因为一个物体随着运动速度的增加它的质量也会增加。当这个物体运动达到光速时它的质量就会变的无穷大，可理论上来讲一个物体自身的运动速度不可能达到光速，同时在外力的运用下也不能使一个物体的质量达到无穷大，那么这样看来是没有一个物体的的运动速度是可以达到甚至超过光速的。

光的散射与引力红移

在小学时我们就知道把一个三棱镜放到阳光下，在墙面上就会投出彩虹的颜色，这便是光的散射。在散射的光谱中从长波到短波的依次排列顺序为:红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。而携带的能量却从波长最短的紫光开始逐渐减小。

光谱中除了这些可见光线之外还有波长更长的红外线以及无线电波和波长更短的紫外线、X射线、伽马射线。这也是为什么紫外线强的地方很容易灼伤人的皮肤。

当然在可见光线中这些光波也存在着一些波长相互变换的情况。比如在强引力源周围其他波长较短的波会受到引力作用使自身波长变长，同时散失一部分能量。打个比方假如你现在正站在一个强引力的行球上，这时有一束紫光正在向你传来，那么它就在会飞向你的同时颜色由紫色先变为蓝色，再变为青色，直到最后变成一束红光，这就叫做引力红移现象。当然一束正在发生引力红移的光会根据引力源的强与弱会决定这束光最后停留在那个波段中。比如引力源强度不够时它只红移到了绿光或者黄光就停止了。

引力红移现象也揭示了我们的宇宙正在不断的膨胀中，而且距离我们越远的星系远离我们的速度就越快。

最后虽然光对于我们来说是一种唾手可得的东西，但如果真的有一天我们这个世界连一点光源都没有了。那么植物再也不会进行光合作用为我们制造氧气了，同时我们会失去光能以及大部分热能，导致生活中很多东西无法运作。用不了多久这个世界就会陷入一片死寂……