何謂“光”？

想知道無論是就“光”這個字

或是光在化學........各種方面∼來解釋光“光”到底是什麼呢？
光到底是什麼　　光到底是什麼呢？科學家們為此爭論了幾百年。

根據光的直線傳播

1672年

牛頓提出

光是由極小的粒子組成的

它們從發光體流出

是一群粒子流。

當這群粒子流進入眼睛時

我們就看見東西了。

當粒子流碰到鏡子表面時

像皮球撞到牆上那樣反彈回來

粒子流又返回眼睛中

於是

我們看到了鏡子裏的自己。

　　牛頓的說法很有道理

但是

如果光是小粒子的話

當兩束光相交時

就像在十字路口汽車相撞那樣

必然要發生粒子之間的碰撞

兩束光的隊伍會被打亂。

然而事實卻是：當兩束光相交時

好像什麼也沒有發生

它們朝著各自的方向繼續前進

互相並不妨礙。

於是1690年

荷蘭科學家惠更斯提出

光不是什麼微粒

光和聲音一樣是一種波。

當兩列波相遇時

可以像沒事似的

只管自己前進

並不互相影響。

100多年後

菲涅耳的衍射實驗和湯瑪斯·楊的干涉實驗證明了惠更斯的預言。

　　1860年

英國的麥克斯韋研究了電和磁的關係

第一個提出光是一種電磁波。

1888年

德國的赫茲證實了電磁波的存在

他測出電磁波的速度與光速相同

並且像光一樣

具有折射、反射的性質。

此時

光是波的說法逐漸占了上風。

　　正當光的“波動說”走向勝利的時候

也是在1888年

人們又有了意外的發現：德國的霍爾瓦克斯發現

當紫外光照射到金屬鋅板上時

金屬板上有電子飛出來。

這種現象叫做光電效應。

十幾年後

愛因斯坦對光電效應進行了研究。

他認為

光由一群叫光子的極小微粒組成

當光子撞到金屬上時

把自己的能量傳給了金屬中的電子

使電子有足夠的力氣飛出來。

光子的運動不像射出的子彈

也不像球場上的籃球。

籃球投入球筐後的運動方向、落點

運動員看得一清二楚

而光子進入一個小孔後

朝哪里走

落到什麼地方

誰也不能作出預先的回答。

光子很少單獨行動

它們總是成群結隊。

在針尖大小的面積上

可以通過1萬個光子！

　　總之

光子的這種特殊行為決定了光的特殊性：它既有粒子的性質

又有波的性質

所以

光是個“兩不像”

更確切地說

光是個“兩都像”

科學家稱此為“波粒二象性”。

http://kid.sina.com.cn/2004-11-25/4270.html
1905年

愛因斯坦引進光量子(光子)的概念

並給出了光子的能量、動量與輻射的頻率和波長的關係

成功地解釋了光電效應。

其後

他又提出固體的振動能量也是量子化的

從而解釋了低溫下固體比熱問題。

康普頓（1892—1962）從1918年起從事X射線散射實驗

令人信服地證明光子不僅有能量而且有動量

並且光子與微觀粒子的作用服從能量守恆和動量定律。

以超導方式找出一個一個的光子

未來

太空世界將離我們更近。

電荷耦合裝置（CCD）在現代消費性電子產品裏已經很常見了

如數位相機、數位攝影機

以及文件掃描器。

雖然它們自 1970年代末期面世後

已經成為天文學家光偵測器的主力

但是功能仍有一些限制

例如

它們無法偵測光的波長（顏色） 。

數位相機解決這個問題的方式是

在個別的像素上

或是在3個分開的CCD陣列上覆蓋紅、藍、綠3種顏色的濾鏡。

但是

濾鏡會降低光感度

而且沒法精確地測出波長。

現在

一群噴射推進實驗室（JPL）及加州理工學院的研究人員

由JPL的戴伊（Peter K. Day）帶領

對外展示一種根據超導技術所製作的偵測器

可以測得單個光子

並定出其波長。

更棒的是

這種偵測器似乎很適合做成如同CCD一樣的大型陣列。

這個偵測器的核心位於藍寶石基座上的一層鋁質薄膜。

使用標準的光蝕刻技術

就可以將鋁蝕刻成折線式的長條狀。

當溫度降到接近?對零度時（低於1度K）

鋁會變為超導體。

如同振動的音叉

鋁條中的電流會以共振頻率振盪。

為什麼這樣就能偵測到光子？在超導體裏

電子會形成鬆散的束縛電子對

稱為古柏對（Cooper pair）。

這些電子對在流動時不受阻力影響

而且它們流動的難易程度會影響鋁條的共振頻率。

光子照到鋁條

會打散一些古柏對

減緩超導電流的流速

結果會造成鋁條共振頻率的偏移

並減低共振的強度。

光子的波長決定其能量

也決定了打散後的電子對數目

因此會影響共振偏移的程度。

加上放大器及其他電路之後

就可以完成偵測的過程。

「JPL─加州理工」小組在一個原型裝置上做實驗

偵測具有放射性的鐵同位素所放出來的X射線光子

這個設計在修改後就可以用來偵測次毫米（微波）到γ射線間的任何波長。

其他的設計通常需要用到大量的外接導線

而且每個像素都要有獨立的前級放大器。

比較起來

這個「JPL─加州理工」偵測器有一個優點

就是藉著讓每個像素在略為不同的共振頻率下操作

一整個大型陣列的像素可能只需共用一個前級放大器及一根外接導線。

高感度單光子偵測器有廣泛用途

包括次毫米波長到γ射線間的天文觀測、材料的X光分析、單分子的顯微螢光技術

及通訊。

藉著偵測電晶體開關時放出的紅外線

它們甚至於可以用來找尋積體電路裏的瑕疵。

不過

在「JPL─加州理工」偵測器加入其他單光子偵測器的行列前

仍有些問題待克服

特別是雜訊的程度較預期來得高。

JPL的戴伊說：「這種偵測器的靈敏度就地面上的天文觀測而言已經夠好了

但是如果要用在我們感興趣的太空望遠鏡上

至少得將雜訊降低10倍。

在這個新型偵測器得以廣泛使用前

得先找出影響靈敏度的雜訊來源並加以消除。

」
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