光的科普知识

大家好，我是老高。今天来谈谈光。光在宇宙中是最神秘而又奇妙的存在，它不仅仅是速度最快的事物，更是人类认识世界的重要途径。没有光，我们无法认知这个世界，更无法想象生命存在的可能性。地球上的能量来源几乎全部来自于太阳，因此人们一直在探究光的本质。事实上，人类对光的探索可以追溯到2500年前，古希腊哲学家、物理学家、天文学家们都在讨论光的本质，这也引发了他们对人类能看到东西的疑惑。他们隐约感到有一种东西将客观世界与主观世界联系起来，让我们能够感知外部事物。他们想知道这种联系是什么。

在当时，客观世界和主观世界是相互独立的，但光却将它们联系起来。然而，当时的人们并不知道光的本质，他们认为光就是这种神奇的联系。因此，他们开始讨论光究竟是什么。

后来，有一位名为恩培多克勒的古希腊哲学家提出了一种假设。他认为，我们之所以能够看到东西，是因为我们的眼睛发出了一种微小的东西，它可以探测周围的一切，就像蝙蝠一样。他认为人的眼睛就像这样可以发出一种类似于波的东西来感知外部世界。这个观点在现代看来非常荒谬，但在当时却是非常有说服力的。事实上，许多当时的物理学家和天文学家都相信这种观点，例如古希腊哲学家欧基里德，他用这种观点解释了为什么远距离的物体看起来比近距离的物体小，因为光从眼睛中扩散出去，所以近距离的物体看起来更大，远距离的物体则显得更小。

为什么当时的人们会认为眼睛发出了某种东西来感知外部世界，而不是外部世界的物体发出了光呢？这是因为如果不是我们的眼睛发出了光，就会出现一个问题：我们的眼睛很小，如果外部世界的物体发出的光是直接进入我们的眼睛，那么我们只能看到很小的物体。但是，我们睁开眼睛时，可以看到整个世界，这不可能是因为外部世界的物体恰好都能直接进入我们的眼睛，因此他们认为，眼睛发出了一种能够感知外部世界的特殊功能，而光只是这种特殊功能的一种表现形式。也就是说，光是生物的一种特殊功能，可以感知周围的世界。大约1500年前，也就是公元1000年左右，著名的伊斯兰数学家天文学家物理学家阿尔·哈金对这个假说提出了质疑。阿尔·哈金被称为“光学之父”，他的著作对现代光学研究有着重要贡献，月球上的一个陨石坑也以他的名字命名。

阿尔·哈金认为眼睛发光的现象有些奇怪，许多事情无法解释。例如，在黑暗的洞穴中，如果眼睛在发光，那么我们应该能够看到任何东西。然而，我们需要借助火把才能在洞穴中看清事物。因此，他认为眼睛并不是发出光，而是能够感知光，从而让我们看到这个世界。

而我们的眼睛能够感知的东西才是真正的光。这是人类第一次对光有了比较正确的认识，符合现实情况。我们的眼睛可以看到周围许多事物，看看周围就知道了。我们可以看到任何东西，这有点奇怪。因为只有两种东西会发光，一个是太阳，一个是灯。

手机屏幕、电脑屏幕等屏幕也会发光，但它们实际上是由小灯泡组成的。电脑屏幕是由无数个LED组成的。手机也是如此，所以本质上它们都是灯。

或者是太阳，我们可以看到夜晚的天空。月亮不发光，它只是反射了太阳的光。金星、木星和其他星星不发光，它们只是反射了其他恒星的光。因此，宇宙中只有恒星会发光，绝大多数物体都是不发光的。

因此，在我们的世界中，能够接触到的最常见的发光物体只有两种：太阳和灯。在这一点上，我们的世界与潘多拉星球的世界不同。在潘多拉星球的世界中，夜晚有许多东西会发光，而不是没有灯就一片漆黑。我们的世界可能也是这样，但我们无法感知到。我稍后将详细解释。

在1704年左右，英国著名的物理学家、数学家、自然哲学家和天文学家艾萨克·牛顿发表了《光学》一书。在这本书中，牛顿提出了光可能是由无数微小的粒子组成的假设。如果光是由许多微小的粒子组成，许多事情就可以得到解释，例如光的直线传播、折射、反射和衍射。但是，人类很快就发现了这种假设无法解释的现象。如果只有两束光线发生碰撞，它们会在交汇处产生大量的粒子，就像两个手电筒相互照射一样。然而，实际上，两束光线在交叉时会相互忽略，不会产生任何影响。即使是光线，它们也没有影响。

如果是粒子，它们会发生碰撞，而且还发现，如果从一个光源发出的光通过两个缝隙将其分成两个光源，那么这两个光源的光会发生干涉，在墙上会出现明暗相间的条纹。这就是双缝干涉实验。干涉是波特有的特性，而粒子没有干涉的特性。

从那时起，人们开始怀疑光可能不是一种粒子，而是一种波，即光不是物质，而是一种能量。无论是波还是粒子，都有反例。甚至发现光的性质会随着观察者的变化而变化，即有观察者和无观察者时，光的性质是完全不同的。这就是量子力学。这是我们将在双缝干涉实验的影片中详细介绍的内容。

如果光真的是波，那么它就是一种电磁波，通常所说的光指的是可见光，也就是电磁波的一小部分。绝大多数的电磁波我们看不到，但有些动物可以看到，例如鸟类，它们可以看到紫外线。

它们看到的世界是什么样子？就像阿凡达的世界，在它们的眼中，地球就像潘多拉星球。我们看到的更像地球，而它们看到的是有荧光的。它们也能看到我们看到的东西吗？是的，它们也能看到。虽然有些动物是色盲，但它们仍然能看到光。不同的颜色可能会有所不同，但它们看到的范围更大。一些动物甚至有透视的能力。

现在还不确定哪些动物可以看到这些波长，但通过视觉细胞的分析，我们知道它们应该能够看到这些波长。它们看到的是什么样子，我们还不太清楚。例如，它们可以看到超长波长的波，可以穿透水泥墙，看到楼里的东西。

如果人类也能看到这些波长，我们就可以透视，像蛇一样可以看到红外线，可以看到身体的热量，看到这个世界都是特别亮的，只要有热量的地方，它们都能看到，而其他地方则是一片漆黑。

实际上，我们发现越古老的动物能够看到紫外线的越多，因此实际上自然界中能够看到紫外线的动物比看不到的更多。人类看不到这些波长。

哺乳动物看不到紫外线。

海里的动物也能看到吗？是的，海里的动物可以看到紫外线。为什么哺乳动物看不到？哺乳动物并非地球上的霸主，只是在最近的人类时代才成为这样。因为人类的崛起，哺乳动物才成为霸主。

哺乳动物并非地球上的主宰，它们一直比较弱，因此白天都不敢出来，只能在晚上行动。那么，为什么老鼠看不到紫外线呢？因为老鼠也是夜行动物，它们并不需要看到紫外线。大部分哺乳动物都是色盲，只有人类能看到更多的颜色。人类的视觉神经比其他古老动物更发达，但仍然比不过螳螂虾这种古老的生物。螳螂虾是皮皮虾，也叫虾爬子，牠们能看到的颜色比人类多十倍以上。

牠们能看到红外线和紫外线，这是其他动物所不能比拟的。牠们是非常古老的生物，可以追溯到我们的祖先——猿猴，它们只能看到两种颜色：红色和蓝色。

这是因为它们的视觉神经中只有这两种视觉神经，只能感应这两种颜色。人类比它们进化了一些，能够看到绿色。为什么看到绿色是一种进化呢？因为如果不能看到绿色，只有红色和蓝色，那么这个世界上就只有两种颜色了。随着进化的发展，出现了更多的颜色，于是产生了新的物种。

这是因为它们看不到，无法确定是否有这些颜色。但是，最常见的绿色，它们却无法看到，只能看到红蓝两种颜色，这是非常不自然的。

因为红蓝是非常不自然的一种组合，而自然的颜色是绿色。因此，在很早以前，这个世界可能是魔克的世界。

它们能看到紫外线，特别是在城市中，乌鸦已经被确定能看到紫外线，因此现在建高楼时，要在玻璃上涂上紫外线物质，以防止乌鸦撞到上面去。以前在欧洲发生了很多乌鸦撞到玻璃上的事件，后来在玻璃上涂上紫外线物质后，这种情况就得到了很大的改善，但是对我们来说并没有太大的影响。

它们是非常强大的生物，具有很多特殊的技能。以后会专门制作影片，为大家详细介绍这些神秘的生物。其实，不仅是光线和颜色，我们和动物看到的世界是不一样的。随着我们对更多技能的了解，我们会发现，物种的进化并不是直线的。

它们的能力越来越少，而越古老的生物，它们的能力越强大。那么，人类是否是退化最快的呢？人类的身体机能相对于其他动物来说退化得很快，可以说，人类是自然界中能力较少的哺乳动物之一，包括老鼠在内，它们都没有感知磁场的能力。关住一只老鼠在没有窗户的房间里，它无法辨别东南西北。这一点可以在欧洲的实验中得到证实，因为欧洲人可以感知地球磁力线的方向。而人类却没有这种能力，因为我们的大脑里没有相关的芯片或感知器。哺乳动物都没有这种感知能力，这已经被实验证实了。哺乳动物的身体机能非常弱，适应能力也很有限，从这个角度看，人类并没有明显的进化迹象。相对于其他动物，人类的大脑相对发达，但这也是一个谜，因为我们的身体功能相对较弱，但大脑却非常发达，完全不匹配。

我之前说过，人类的视觉神经只能区分三种颜色，即红色、绿色和红绿蓝。要区分这三种颜色才能分辨出它们的颜色。

人类的大脑只需要像糖豆一样大小就足够了，因为我们只需要区分绿色、红色和蓝色这三种颜色。

所以我们的大脑功能相对过剩，但这并不是为身体配置的，而是为了适应我们的身体，因为我们的身体有各种各样的感知器。

我们可以感知各种波段的光，包括X光和伽马射线。需要这么强大的大脑来感知这些光，因为它们的范围非常小，只有这么一点功能。

我们的大脑相对较小，但我们的大脑可以感知的光是我们所看到的世界的80%。

这是一个值得思考的问题。为什么我们的大脑如此发达，但我们的身体功能相对较弱？这可能与我们的身体结构有关，因为我们的眼睛只能看到一小部分世界，而其他动物可以看到更多的色彩和细节。

有些动物有夜视能力，可以在晚上看到东西，而人类却无法做到这一点，我们只能借助灯光和火把。

这可能与我们的身体结构有关，因为我们的眼睛只能在白天看到东西，而其他动物可以在晚上看到东西。

这也是为什么我们的大脑如此发达，因为它可以帮助我们在白天和黑夜中都能看到东西。

这可能是我们大脑如此发达的原因之一。

但我们也可以通过锻炼来增强身体机能，比如跑步和健身，因为这可以提高我们的身体素质和健康水平。

我们的大脑和身体功能并不完全匹配，这可能是我们进化的一个特殊之处。因此，即便拥有十只眼睛这样复杂的大脑，仍然有可能实现这个功能，但只有两只眼睛的话就不太可能了。

我扯远了，刚才说到，人眼所看到的大部分光线来自太阳，但很多人不知道太阳辐射的能量99%都以中微子的形式辐射到宇宙中，只有1%以可见光的形式辐射。中微子目前被认为是一种暗物质。

宇宙中存在的一种物质，也是宇宙中最多的一种物质，无法被感知和检测，它与任何物质都没有相互作用。中微子具有类似的属性，但只有少量被检测到，因此被认为是一种特别的暗物质。

检测到太阳辐射的99%能量都是中微子，只有1%以可见光的形式辐射。太阳光需要8分钟才能照射到地球，但人们可能不知道，照射到地球的太阳光实际上是10万年前产生的，不是太阳产生后立即照射到地球。实际上，太阳光产生后需要在太阳内部跑10万年以上，甚至达到100万年才能从太阳内部射出，再经过8分钟才能到达地球。为什么需要这么长时间？因为太阳光实际上是从太阳的核心产生的。

产生后，如果以光速从太阳的核心到表面，只需要2秒钟就能到达。为什么需要10万年以上？因为太阳内部有大量像镜子一样的物质，能够反射光子，导致光子在太阳内部纠缠，无法逃脱。

光子好不容易有机会逃脱，然后照射到地球上。有些光子需要跑100万年以上，因为这是一个概率问题，就像走迷宫一样，有些人走对了路，很快就出来了，有些人走错了路，就出不来了。

如果是概率问题，也有可能很快就出来，就是运气特别好，没有碰到任何障碍物就出来了，但这种情况非常罕见，几乎不可能发生。

因此，照射到地球上的光实际上都是10万年前甚至100万年前的光，那个时候人类文明还没有诞生，而且夜里也不需要这么多颜色。到达地球的1%的电磁波大部分被大气层吸收了，只剩下红外线和可见光，因为紫外线对太阳光很活跃，所以人类的视网膜不会受到伤害。·红外线可以穿透，但它会直接穿过视网膜，无法被看到。紫外线也会阻碍红外线的进入，因此只能看到可见光，包括红橙黄绿青蓝紫。这可能会让人怀疑，我们所看到的红色是否真实。因此，我们所看到的世界是否相同呢？由于其他人无法看到我们所看到的世界，因此这个问题难以证明。

实际上，我们所看到的世界并不相同。自然杂志上曾发表过一篇论文《人视锥细胞色素的吸收光谱》，研究了人类的视锥细胞。发现每个人的视细胞都不太一样，类似于血型。因此，红色也会有所不同，有的偏红，有的偏紫，有的偏橙。每个人看到的绿色也会有所不同，因为每个人的视锥细胞类型不同。

如果视锥细胞类型相同，那么看到的颜色就会相似。大多数人的视锥细胞类型是相同的，但也有一些差异。这些差异是由基因决定的，因此我们所看到的世界可能会略有不同。

我们看到的T恤颜色可能略有不同。我们认为它是蓝色的，但实际上我们所看到的效果会有所不同。我们的脸色也会受到影响。我们可能会感到脸色发青，而其他人则感到发紫。然而，这种差异在我们的内心深处可能并不明显。

这说明光是一种波，这个结论在100多年前就已经被科学实验证明了。但是，后来出现了一个反例，表明光有可能不是波。

1887年，德国著名物理学家赫兹发现，紫外线照射到金属上会产生电火花。这是一个非常罕见的现象，普通人无法亲身体验。当光线照射到铁板上时，就会产生电火花。后来发现，当光线照射到物体上时，就有可能将物体中的电子激发出来，从而产生电流。

然而，如果光是一种波，那么增强光线应该会导致更多的电火花产生。但实际上并没有这种现象发生。产生的电流是一定的，这与光的波动假设不符。为了解释光电效应的现象，人们通常认为光只是一种能量，无形且连续。然而，爱因斯坦认为光具有明确的边界和能量球的属性，这种能量的存在是无形的。这种观点在现实世界中是不存在的。

我们没有见过这种能量，因为我们所接触到的能量都是无形的。然而，这种有形的能量具有量子属性，有时表现出波的特征。这种能量只有在特定波长的光下才能被观察到。

这种现象的解释是，建高楼时，玻璃上涂上紫外线物质可以防止乌鸦撞到上面。在欧洲，曾经发生过许多涂鸦事件，但在玻璃上涂上紫外线物质后，这种情况得到了改善。不过，这些变化对我们来说并不明显。

关于乌鸦这种超级鸟类，我们会在后续的影片中进行详细介绍。在自然界中，不同的生物对光和颜色的感知方式不同，这也是一个有趣的现象。随着科技的发展，我们可以看到越来越多的生物能力在退化，而人类则是退化最快的。

人类之所以成为地球的霸主，是因为我们的大脑比其他生物更发达。但是，我们的身体其他功能相对较弱。这种不匹配的现象也是我们的谜团之一。

我们的视觉神经只能感知红、绿、蓝三种颜色。要区分这三种颜色，我们只需要一个小小的大脑就可以了。这种感觉与人类的身体功能相比有些过剩，但这也是我们大脑非常发达的原因之一。

大脑的功能对人体功能来说有些过剩，但这也是我们需要一个强大大脑的原因之一。我们的身体有各种各样的感知器，可以感知各种频率的光和射线。如果我们能感知到更多的光和射线，我们就需要一个更加强大的大脑。

总的来说，虽然我们的身体功能相对较弱，但我们的大脑非常发达。这也是我们成为地球霸主的原因之一。刚才提到，蝙蝠靠超声波感知世界，而它能够在高速飞行中躲避障碍物，靠的就是那颗小小的大脑。人类的大脑看似不大，但却足以处理各种信息，这是因为我们的功能比蝙蝠更为复杂。

人类的视觉虽然可以感知颜色，但实际上大部分信息都是通过视觉获取的。而视觉的能力有限，许多物体是看不到的。像昆虫和爬行类动物一样，它们可以看到这个世界的丰富多彩，但我们却只能看到相对低调的景象。这让人不禁想问，为什么我们需要这么复杂的大脑呢？有些动物有夜视能力，但需要借助灯光和火把才能看到。这种差异让人感到困惑。

大脑是为了适应环境而存在的，它在身体中的位置和大小都有其特殊的意义。我们的大脑虽然复杂，但它的功能却非常重要。它可以帮助我们处理各种信息，使我们能够更好地适应环境。

虽然我们的眼睛只能看到一部分信息，但这并不影响我们的生存。我们的大脑可以处理其他信息，使我们能够更好地理解周围的世界。

人眼看到的光大部分来自太阳，但太阳的能量只有百分之一以电磁波的形式辐射出来，这是我们无法感知的。中微子具有类似的属性，我们可以通过检测它们来了解暗物质的存在。

暗物质是宇宙中最丰富的物质之一，我们无法直接感知，但通过中微子的检测，我们可以了解它的存在。

中微子从太阳内部产生后，需要在太阳内部跑十万年以上，再用八分钟才能到达地球。这是因为太阳太大了，所以需要花费更长的时间才能到达地球。

太阳的光需要在太阳内部跑十万年以上，但从太阳内部到表层只需要两秒钟。这是因为太阳的亮度太高，中微子可以更快地到达地球。

虽然我们无法直接感知太阳的光，但这并不影响我们的生存。我们的大脑可以处理其他信息，使我们能够更好地理解周围的世界。这是因为太阳内部有大量像镜子一样的物质，它们能够反射光线，使得光子在向外逃离时不断被反射，无法逃脱太阳的束缚，需要耗费上十万年的时间。只有极少数光子能够在这种漫长的旅程中成功逃脱，并照到地球上。

有些光子甚至需要花费一百万年以上的时间才能逃离太阳，因为太阳内部的物质实在太多了，想要逃脱实在不容易。为什么有些光子只需要花费十万年就能逃离呢？这只是一种比喻，就像迷宫一样，有些人走对了路，很快就可以走出迷宫，而有些人则需要花费更长的时间。如果按照概率来说，也有可能很快就成功逃脱。没错，这需要靠运气。即使没有遇到任何障碍物，成功逃脱的概率也是非常低的。因此，我们所接收到的光是来自十万年甚至一百万年前的。

当时人类还没有出现文明。那么这些艰难逃脱的百分之一的电磁波是如何到达地球的呢？它们大部分都被大气层吸收了。而到达地球表面的电磁波中，大部分都是红外线和远红外光，这些光能够让地球变得温暖，而可视光则会将地球照亮。

红外线并不会对人体造成太大的伤害，但紫外线却需要特别小心。由于紫外线大部分被大气层吸收了，只有少量能够到达皮肤表面，如果照射时间过长，就有可能导致皮肤被晒黑。而且，紫外线还会对眼睛造成伤害，一旦照射到视网膜上，就会导致眼睛发炎甚至失明。

因此，人类的角膜和晶体会吸收紫外线，保护眼睛不受伤害。红外线则可以穿透人体，但由于它的穿透力太强，不会停留在视网膜上，而是直接穿过头部，我们无法看到红外线。只有红外线和紫外线会被视网膜吸收，这就是我们看到的红橙黄绿青蓝紫。

没错。可能有人会问，我们看到的红色和别人看到的红色是否相同？其实，我们看到的世界是不同的。虽然别人无法看到我们所看到的世界，但这个问题已经得到了证明，我们所看到的世界的确不同。

1992年，《自然》杂志上发表了一篇论文，名为《人的非细胞色素吸收光谱》，研究了人的红色波长。每个人的脊椎细胞都不太相同，因此我们看到的红色也有所不同。我们看到的红色也有一定的差异，但这种差异并不大。有些人的红色确实偏橙色，但不会出现太大的偏差。

我们看到的绿色和红色是一样的，但红外线和紫外线会被视网膜吸收，这就是我们看到的红橙黄绿青蓝紫。

也许有人会有疑问，那就是我们所看到的红色是否真的相同。我们是否真的生活在同一个世界里呢？虽然我们无法证明别人是否看到了我们所看到的世界，但实际上我们已经证明了这一点。我们所看到的世界确实是不同的。1992年，《自然》杂志发表了一篇论文，研究了人体脊椎细胞的吸收光谱。不同类型的脊椎细胞会导致不同的吸收光谱，类似于血型。但实际上，每个人看到的红色都不完全相同。有些人看到的颜色可能会偏橙色，但不会出现这种情况。每个人看到的颜色都是不同的，这取决于个人的基因类型。就像不同品牌的手机屏幕颜色不同一样。是的，这是正确的。每个人的基因类型不同，所以看到的颜色也不同。如果基因类型相同，那么看到的颜色应该是相似的。大多数人都属于不同的基因类型，这些基因类型是由遗传决定的。因此，家人看到的颜色可能会略有不同，但可能与父母或兄弟姐妹看到的颜色相似。因此，我们所看到的世界实际上略有不同。事实上，这种差异是很大的。

那么，T恤的颜色到底是什么颜色呢？我们通常认为它是蓝色的，但实际上每个人看到的效果略有不同。不仅仅是T恤的颜色，我们的肤色也会影响我们对颜色的感知。我们可能会觉得自己的脸色发青或发紫，但实际上每个人的脸色都是不同的。这是因为每个人的眼睛都有不同的颜色感受器。

总的来说，光线是一种波，这已经被科学实验证明了。但是，后来出现了一种反光镜，证明光可能不是一种波。1887年，德国物理学家赫兹发现，当紫外线照射在金属上时，会产生闪电。这就是著名的光电效应。我们通常不会接触到这种光，因为我们不会在铁板上照光。这种光照射到物体上时，可能会产生电流。但是，如果光线是一种波，那么它应该会增强光线，从而产生更多的电流。但实际上，光再强也不会产生更多的电流。这与光的波动性质不符。为了解释光电效应，埃斯坦在1905年提出了狭义相对论。在提出狭义相对论的同时，他还提出了光的粒子属性的假设。

爱因斯坦认为，光既具有能量的属性，又具有量子的特性，因此它有时表现为波，有时表现为粒子。他被视为波粒二象性，并被称为光量子。

由于光量子假说的解释，爱因斯坦于1921年获得了诺贝尔奖。事实上，诺贝尔奖是为了表彰他的相对论，但那时它还只是一种理论，尚未得到证实。

一些反对者认为，奖励的时间不合适，因为相对论的证据还不够充分。

然而，大多数物理学家认为，光既是波，又是粒子，具有波粒二象性。

光子是组成世界的17种基本粒子之一，也是唯一能照亮世界的粒子。

接下来我们来谈谈光线的问题。

大家都知道，光在真空中的速度是每秒三十万公里，是宇宙中最快的速度。

由于光具有电磁波的特性，所有的电磁波速度都是这个速度。

在空气中，光的速度会减慢一些，每秒比真空中慢九十公里。

在水中，光的速度会更慢，每秒只有二十二万公里。

在《天空之城》的电影中，我们了解到核酸桥水池中会发出蓝光，这是因为核辐射物质的速度超过了水中的光线。

光在光线中的速度和在水中的速度差不多。