光學有著悠久的曆史，盡管它可能是自然哲學和科學中一直持續發展的最古老分支，時至今日，它仍然處在研究和應用的前沿。光學無處不在：它不僅可以作為檢測、成像和通信的工具，也提供了探索、發現和解釋新的基本效應的方法。
利用光可以創造出一些物理學上的極端條件，例如自然界中不存在的極端溫度、極端壓力和應力。這些極端條件或許也存在於最遙遠的恒星中。光還可以用來觀察甚至控製發生得極快的事件，例如發生在原子內部的電子運動。
此外，光還可以展示出量子世界的奇特特征。它揭示出，即使在日常條件下，這個非連續的世界中存在著許多與直覺相違背的方麵。而這個非連續的世界卻構成了我們日常經驗中穩定可靠世界的基礎。在這一章中，我將探索一些由光引領的前沿領域。之所以能夠研究這些領域，是由於在光源、光學係統和探測器方麵取得的巨大科技進步，使我們能夠在空間和時間上精確控製光束的形狀和強度。
光力學
光能夠對物體施加作用力，這使得我們可以利用成形光束對小塊材料進行“遠程控製”。光可以用來移動物質，使其與其他物體接觸，或者用來操控分子和原子的內部結構，迫使它們發生簡單的化學反應，從而可以研究和開發具有特殊性質的材料。光的這種功能在很多研究領域都非常有用。
光之所以能夠產生機械力，是因為光的每個光子都攜帶動量。例如，當光子從平麵鏡反射回來時，平麵鏡會受到一種力，這種力幫助光子改變了運動方向。這就像是消防水龍帶中的水撞擊牆麵，在反彈回來時向牆麵施加力一樣。
類似地，當光子發生折射時，它的運動方向會發生改變，這也需要力的幫助。所以光子會對折射元件施加力。如果一束光入射到玻璃珠上，其中與玻璃珠幾乎相切的光線的方向改變最大。當光線透穿過玻璃珠表麵時，穿過玻璃珠下半部分的光子會向上運動。因此玻璃珠會受到一個反方向的力。隨著光子的運動方向改變，光子在前進方向上(遇到玻璃珠之前的運動方向)的動量減小了，這說明光子對玻璃珠在前進方向上也有一個淨力。這個力的強度取決於玻璃珠每秒折射的光子數。最終，如果這個光束中心的強度強於光束外圍，那麽玻璃珠就會被推向光束強度較高的部分，就好像光束將玻璃珠“捕獲”了一樣。