第四层 光是电磁波

第四层 光是电磁波

第三层提到了光是波，但没有说清楚光是横波还是纵波。

1809年，马吕斯在实验中发现了光的偏振现象，这意味着光是一种横波。但当时的物理学家对于偏振的本质还是不清楚。

1865年，詹姆斯麦克斯韦提出了麦克斯韦方程组，这个方程组总结了所有电与磁的现象，完成了电与磁的统一。   

有趣的是，他的电磁理论，预言了电磁波这样一个东西，他计算这个电磁波的速度后发现了一个惊人的事实：电磁波的传播速度与当时测量的光速是几乎相等的。于是，麦克斯韦大胆推测光是一种电磁波。

如果光是电磁波，那么光的本质上就是同相振荡且互相垂直的电场与磁场，因此，光的偏振方向是电场方向。光的电磁理论很好的解释了偏振现象。

不仅如此，之前的几何光学以及惠更斯原理，仅仅是用数学来推导光学现象，而电磁理论则是注重光与物质之间的相互作用。

根据光的电磁理论，光的电场能让介质里的原子发生极化，并导致了一系列的光学现象，所以光的电磁理论能真正解释为什么光会反射和折射。把光当成电磁波，能解释经典波动理论解释不了的色散现象。

此外，根据电磁理论，震荡中的带点粒子能产生电磁波，所以解释了光的产生机制，不仅如此，电磁理论也用频率重新定义了光，也就是电磁波可以按照频率来分类。比如，日常生活中所见的光只是电磁波的冰山一角，可见光以外，还有伽玛射线，X射线，紫外线，红外线，微波等。   

这意味着，我们日常所见的光与无线电波本质上就是同一个东西，所以，光的电磁理论带来了几个新的结论：

1、光的微粒说彻底被打败，因为偏振不可能出现在粒子身上；

2、光并不是超距作用，光需要时间来传播；

3、光会反射，折射和色散是因为光与物质里的原子发生相互作用；

4、电磁理论解释了光的起源，也就是光的产生机制。

光的电磁理论，更进一步完善了光的波动说，看起来关于光已经认识的差不多了。

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