光的本质：光是什么？光的自然属性

磁波中的电子既是粒子又是波，根据衍射实验，当电子像波一样在空间传播时，会像粒子一样相互作用。

从物理的角度讲，光包括X-射线、紫外光、可见光、红外光、及无线电波；光是一种电磁波，总是以一种有限量子、光（量）子的形式呈现。说了这么多，这些术语都是在讲述什么概念？

一个原子拥有一定数量的电子、质子及中子。质子与中子共同存在于原子核，而电子则以与原子核不同的距离围绕原子核“公转”；电子与原子核的距离称作量子状态的电子能级，一般用n来标示。这就是玻尔模型的简化解释。

电子不同能级的示意图

当原子被激发，其电子就从一个能级跳跃到更高的一个能级；电子的每一次跳跃（跃迁）对应着原子释放出一个光子。这个光子就形成了电磁波。

这一光子的能量E由下面的公式给出:

公式46 – 光子的能量

公式中的h为普朗克常数，即：6.63x10-34Js，v为电磁波的频率，c为光速，λ为电磁波的波长。

释放出的光子，其能量就是原子中两种量子状态的能级差值。

当原子被激发，电子从低能级量子状态跃迁到高能级量子状态，同时释放一个光子。原子中的每一个电子都有一定的能量阈值，于是，如果这一阈值的能量传递到电子，此电子就可以离开原子；剩下的原子就会带正电，也称作正（电）离子。

这一过程就是常说的电离。电子离开原子的个数越多，就增加了这个原子的电离化程度。如果一个中性原子获得了额外的电子，这个原子就变成一个负（电）离子；如果这个原子失去电子就会成为正（电）离子。如果电磁波损失能量，其波长就会变长，频率变低；波长在许多情况下是可以转化的。如果波长增加，就称其为红移；如果波长变短，就称其为蓝移。红移与蓝移对于确定远距离物体的速度及加速度相当有用。

波粒二象性是描述电磁波中的电子同时具有粒子性与波动性的一个概念，尽管测量时只能测到它的一种存在形式，所以也是矛盾的。

衍射（绕射）现象是光波具有的非常显著之特性。在20世纪初，从热物体中发出光波的理论遇到一个问题：如太阳发出的光；这个太阳光也叫黑体辐射。这些理论总是预测在光谱蓝光尽端一侧释放的光具有无限的能量，这个预测与能量守恒原则相矛盾。显然，对于黑体的这一行为需要建立新的模型。

解决方案就是假设光波的能量不连续，而是固定于某些值，就如同其组成于许多个粒子（或光子）那样。衍射实验的奇怪之处是：电子波在探测器整个表面上并不积蓄能量，与一般想象的海浪拍打海岸的情形不一致。的确，电子能量积蓄于那些“点”上，就像一个粒子；所以，当电子通过象波那样的空间传播时，它在“点”之处相互作用，就如同一个粒子的行为。这就是著名的波粒二象性。

相关知识

光通常指的是人类眼睛可以见的电磁波（可见光），视知觉就是对于可见光的知觉[1]。可见光只是电磁波谱上的某一段频谱，一般是定义为波长介于400至700奈（纳）米（nm）之间的电磁波，也就是波长比紫外线长，比红外线短的电磁波[2][3]。有些资料来源定义的可见光的波长范围也有不同，较窄的有介于420至680nm[4][5]，较宽的有介于380至800nm。

而有些非可见光也可以被称为光，如紫外光[8]、红外光[9]、x光。

光既是一种高频的电磁波，又是一种由称为光子的基本粒子组成的粒子流。因此光同时具有粒子性与波动性，或者说光具有“波粒二象性”。

勒内·笛卡儿（1596–1650）认为光是发光物的一种机械属性，这不同于海什木（Ibn al-Haytham）和威特罗（Witelo）的“形态”说，也不同于罗吉尔·培根，格罗斯泰斯特（Grosseteste）和开普勒的“种类”说。他在1637年发表的光折射理论中，类比声波的传播行为，错误地得出了光速和传播介质密度成正比的结论。虽然笛卡尔在相对速度上判断错误，但他正确地假设了光的波状性质，还成功地用不同介质下光速的差异解释了折射现象。虽然笛卡尔并不是第一个尝试用机械分析解释光的人，但他明确坚持光仅是发光体和传播介质的机械波性质，而因此使他的理论被视作现代物理光学的起点。