首頁 牛津通識課:黑洞、光、行星、引力

牛津通識課:光 序言與致謝

因為有光,我們才能看到這個世界。這個顯而易見的事實開啟了一次漫長而引人入勝的征程。在這個征程中,有關自然世界是如何運作的非凡觀點得到了發展,同樣得到發展的還有建立現代科學所使用的工具和方法,從而使我們的征程保持著理論與實驗齊頭並進的態勢。

光攜帶著有關我們周圍環境的信息,從遙遠的恒星和星係到我們身體中的細胞,再到單個原子和分子,不一而足。光也是很多能夠提高我們生活質量的技術的基礎:互聯網是由光驅動的;世界上最精確的時鍾依賴於光;那些最為微小的物體——從單個原子到活的生物細胞——都可以通過光來進行觀察與操縱;至於與光息息相關的圖像和顯示器,更是無處不在。光還揭示了量子世界所有的怪異之處,激發了我們對世界的想象。你可能會驚訝地發現,從人類真正理解光的實質到現在,還不足100年時間。直到現在,我們仍然試圖從這種理解中獲得新的見解。

這本書探討了人們是如何從無到有地建立起對光的理解,包括光的本質以及光的用途的問題。這是一次偉大的曆程,從古代開始,就有來自世界各地的人為此作出貢獻:從雅典的歐幾裏得與巴格達的海什木構想出光線的概念;到美國洛杉磯的西奧多·梅曼[1](Ted Maiman)與日本德島的中村修二開發了新的激光器;接著通過巴黎的奧古斯丁·菲涅耳[2](Auguste Fresnel)與倫敦的托馬斯·楊(Thomas Young)對光的波動性進行的研究;英國阿伯丁的詹姆斯·克拉克·麥克斯韋(James Clerk Maxwell)和德國柏林的海因裏希·赫茲(Heinrich Hertz)從這些成果中發展出了電磁場概念;並最終由德國伯爾尼大學的阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)與英國劍橋大學的保羅·狄拉克(Paul Dirac)博采眾長,通過一個新的概念——量子場——解釋了這些明顯不相容的概念,即光是如何能夠同時既是粒子又是波的。