光實(shí)在是我們這個(gè)世界最奇妙的一種存在，它似乎主導(dǎo)著我們這個(gè)世界的每一個(gè)角落。
如果沒(méi)有光，人類似乎就什么都談不上。白天光天化日，陽(yáng)光灑滿大地，即便沒(méi)有陽(yáng)光的陰雨天，光明也是充滿著人間。
但一到了晚上，如果沒(méi)有月光、星光、燈光，就會(huì)漆黑一片。這些光明都到哪去了呢？怎么就消失得無(wú)影無(wú)蹤了呢？
即便在一個(gè)房間，燈光照亮，滿屋生輝，但一熄掉燈，就會(huì)陷入一片黑暗中。
這一切，都充滿了神奇，這些時(shí)刻伴隨著我們的光，怎么說(shuō)走就走，連一絲絲也不留下呢？
沒(méi)有人不知道可見光，但光除了可見光，還有不可見光，而且占據(jù)了整個(gè)光譜頻段的絕大部分，可見光只是其中小小一段，這一點(diǎn)，恐怕就不是每個(gè)人都清楚了。
其實(shí)我們的視網(wǎng)膜看到的只是可見光，而這個(gè)世界還充滿了不可見光，即便是漆黑的夜晚，它們也蕩漾在每一個(gè)角落。
愛(ài)因斯坦創(chuàng)造的現(xiàn)代物理學(xué)兩塊基石~狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論，就是從光說(shuō)起的，光速、光的性質(zhì)以及洛倫茲變換，是相對(duì)論的基礎(chǔ)。
事實(shí)上，愛(ài)因斯坦另一篇巨作~《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個(gè)啟發(fā)性觀點(diǎn)》，這篇1905年發(fā)表在萊比錫《物理學(xué)刊》上的論文，是他最早成名之作，卻在相對(duì)論光輝的掩映下，常常被世人忽略。
正是這篇論文，使愛(ài)因斯坦成為諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的得主，而愛(ài)因斯坦終其一生，也就得過(guò)這一次諾貝爾獎(jiǎng)。
而這篇論文雖然沒(méi)有后來(lái)的相對(duì)論那么的博大和運(yùn)用廣泛，但卻是一個(gè)起點(diǎn)，沒(méi)有這個(gè)起點(diǎn)，就沒(méi)有后來(lái)的愛(ài)因斯坦，而且這篇論文，還奠定了愛(ài)因斯坦量子力學(xué)奠基人之一的地位。
它在這篇論文中，首次提出了光量子的假設(shè)，完美的解釋了困擾物理學(xué)家們20多年的光電效應(yīng)，證明了光既是微粒又是波的波粒二象性，統(tǒng)一了牛頓與惠更斯一直對(duì)立的光學(xué)理論。
從此，人類對(duì)這個(gè)天天與自己打交道的玩意有了更為深刻的認(rèn)識(shí)。
光量子是傳播電磁輻射的媒介，某種意義上來(lái)說(shuō)，電磁輻射就是光各個(gè)不同波段的表現(xiàn)。
而在這長(zhǎng)長(zhǎng)的光波頻率里，只有一小段是可見光，就是我們一睜開眼就能夠看到的光。
光量子肩負(fù)著傳遞電磁輻射的任務(wù)，是一種規(guī)范玻色子，其靜止質(zhì)量為零，不帶電荷。
光波越長(zhǎng)，則頻率越低，能量也就越低；光波越短，則頻率越高，能量也就越高。
光子攜帶的能量有大有小，計(jì)算方法為普朗克常量和電磁輻射頻率的乘積，表達(dá)式為E=hv。
式中E表示能量，h為普朗克常量，取值h=6.626x10^-34J·s。
這樣，我們可以理解為光波就是光子的波動(dòng)性，而頻率就是光子的粒子能量性。
那么電磁波全頻段波長(zhǎng)和頻率是怎樣存在的呢？
電磁波由于是光子為媒介，因此在真空中傳播速度為光速c，即c=3x10^8m/s。
電磁波在傳播時(shí)，量值最大兩點(diǎn)之間的距離就是波長(zhǎng)λ；電磁每秒鐘變動(dòng)次數(shù)就是頻率f。
電磁波波長(zhǎng)與頻率之間的關(guān)系式為c=λf。
由此可知波長(zhǎng)與頻率成反比，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，頻率越低；波長(zhǎng)越短，頻率越高。由此我們還可以得出，波長(zhǎng)越長(zhǎng)能量強(qiáng)度越低，波長(zhǎng)越短能量強(qiáng)度越高。
這種關(guān)系可以表述為λ=c/f或f=c/λ。
根據(jù)這個(gè)關(guān)系式，我們得出電磁波各個(gè)頻段的波長(zhǎng)和頻率（見上圖）。
以上電磁波長(zhǎng)與頻率的關(guān)系圖中，我們可以看出，可見光只是電磁波譜中380~760nm這樣很小的一個(gè)頻段，電磁波絕大多數(shù)頻段，比可見光波長(zhǎng)更長(zhǎng)或更短，比可見光頻率更低或更高的電磁波頻段中，都有不可見光的存在。
在比可見光更長(zhǎng)的波譜中，有紅外光、微波和無(wú)限電波；在比可見光更短的波譜中，有紫外線、X射線、γ射線。而X射線、γ射線屬于高能射線。
電磁輻射全波段，都是依靠光子傳遞的能量，因此它們都是光的某種存在形式。
那么我們天天看到的可見光既然不可以穿透墻壁，那么陽(yáng)光照射大地、燈光照射照射墻壁，光源一熄滅光就馬上消失不見了，它們到哪里去了呢？其他波段的“光”，也就是電磁波，也是一樣嗎？
不，不是一樣的。這些電磁波雖然都是出生于“光”祖宗，但龍生九子，各不相同，每個(gè)頻段的“光”都有不同的本領(lǐng)。
我們眼睛能看到的可見光，光源一離開光也就沒(méi)有了，但其他波段的不可見光，卻時(shí)刻的圍繞在我們的身邊。
長(zhǎng)波段的無(wú)線電波，能量強(qiáng)度小，但可以繞過(guò)障礙物，被物體吸收得少，傳播得更久遠(yuǎn)。這就是為什么在長(zhǎng)距離甚至太空通訊中，主要采用無(wú)線電波的原因。
而可見光波長(zhǎng)相對(duì)并不長(zhǎng)，只有幾百納米，遇到障礙物，繞過(guò)率就很??；而一般物質(zhì)的分子間隙在0.2納米左右，可見光波長(zhǎng)卻有幾百納米，所以一般物資都無(wú)法通過(guò)，只有硬著頭皮撞了，撞上了就被反射、折射、散射、衍射和吸收。
這樣一折騰，很快就沒(méi)了，光源一黑，自然就黑了。
也許有人會(huì)說(shuō)，既然墻會(huì)反射，就說(shuō)明光并沒(méi)有全部被吸收，反射的光還會(huì)在房間，怎么一關(guān)燈就沒(méi)了呢？
光如果能夠百分之百的反射，當(dāng)然就會(huì)一直保留在一個(gè)四面反射的房子里?？上г谖覀兪澜纾⒉淮嬖谀軌虬俜种俜瓷涔獾奈镔|(zhì)。
較光滑墻面對(duì)光的反射率在70%左右；屋頂保溫隔熱防曬的高反光材料的反射率可達(dá)到90%；一般鏡子的反射率也就在90%左右；望遠(yuǎn)鏡的高反平面鏡鍍膜反射率可達(dá)97%；電泳介質(zhì)鍍膜的反射率可達(dá)99.7%。
一般建筑不可能用反射率最高的電泳介質(zhì)鍍膜做墻面，除非特殊的科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地。即便用這種高反光材料做墻面，也無(wú)法把光全部反射，這樣光就會(huì)很快被消耗掉。
有人又會(huì)問(wèn)，不管怎樣，反射也會(huì)有一個(gè)時(shí)間差吧，總不會(huì)一關(guān)掉電源，房間同時(shí)陷入黑暗吧，這些光總有一個(gè)反射消耗過(guò)程吧。
是的，理論上是這樣的。但這個(gè)過(guò)程你是沒(méi)有辦法看到的，因?yàn)樘炝恕?/p>
我們可以計(jì)算一下，一個(gè)房間墻壁之間空間即便有100米長(zhǎng)，即便光就在兩面墻之間不斷反射，每次按照電泳高反光材料反射率達(dá)到99.7%來(lái)計(jì)算，也就是反射一次消耗掉0.3%。
我們不計(jì)算遞減消耗，否則永遠(yuǎn)也消耗不完。后期微量的剩余光子不會(huì)被人類感知到了，因此如果按照簡(jiǎn)單平均計(jì)算，全部消耗完這束光要在墻之間來(lái)往333次。
雖然實(shí)際上空間還剩下約4/100000的光子在房間蕩漾，但已經(jīng)完全是人眼無(wú)法看到的了。
這樣我們可以得出一個(gè)式子：
t=100x333/c
式中，t為消耗所費(fèi)時(shí)間；100是墻之間的距離，333為消耗完這束光需要在兩面墻之間來(lái)往的次數(shù)，c為光速，取值3x10^8。
得出的結(jié)果是約9000分之一秒。
也就是說(shuō)，即便這間房子有100米寬的兩堵墻之間，有一個(gè)光源在其中讓墻壁反射，而且這兩面墻壁比鏡子還要高很多的反射率，不考慮光源被折射、散射、衍射，也只需要9000分之一秒就全部消耗完了。
而世界上絕大多數(shù)的房間都沒(méi)有100米寬，而且房間還有上下左右都可以反射和吸收，這樣光被吸收的時(shí)間就更快了。
人眼反應(yīng)時(shí)間最短可捕捉0.2秒左右的光變，也就是說(shuō)，如果在0.2秒以上的光變化，人眼才能夠識(shí)別出來(lái)。而這個(gè)消失的光卻是約萬(wàn)分之一秒，也就是0.0001秒就沒(méi)了，比人眼的感受極限小了幾千倍，人眼怎么能夠感覺(jué)出來(lái)呢？
當(dāng)然，現(xiàn)在人類有了許多高精度設(shè)備，如飛秒技術(shù)攝像機(jī)，用這種攝像機(jī)可以拍攝到光速移動(dòng)的慢鏡頭，如果在房間拍攝廣被吸收和消失的過(guò)程，是完全能夠記錄的。
因此我們可以得出，在一個(gè)密閉的房間，從打開光源的那一刻開始，光就會(huì)在房間內(nèi)的墻壁等一切物體上反射、折射、散射、衍射、吸收，很快就會(huì)被消耗掉了。
白天的陽(yáng)光也是這樣，太陽(yáng)出來(lái)灑滿大地，太陽(yáng)落山黑暗降臨。當(dāng)然在太陽(yáng)沒(méi)有出來(lái)時(shí)和落山后，天空還會(huì)有一段時(shí)間的光亮，那是因?yàn)槿藗冸m然在地面上看不到太陽(yáng)了，但高空還是有陽(yáng)光照射的，通過(guò)大氣的反射折射散射衍射，輝光就會(huì)在大地和天空出現(xiàn)。
那么這些消耗掉的可見光最終到那里去了呢？當(dāng)然是被吸收消耗轉(zhuǎn)化了。
這種吸收和轉(zhuǎn)化是怎樣進(jìn)行的呢？
太陽(yáng)光是由于核心核聚變釋放的巨大能量，以電磁輻射的方式散布到太空，其中有22億分之一來(lái)到分配給了地球，這些電磁波到了地球后，我們?nèi)搜劭吹降闹皇强梢姽?，而不可見的低頻和高頻電磁輻射我們看不到，但存在著。
從微觀來(lái)說(shuō)，光源發(fā)出的光是因?yàn)楣庠粗械碾娮荧@得了額外能量，就會(huì)從基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，向更高能級(jí)軌道躍遷，如果因能量不足躍遷到更高軌道，電子就加速運(yùn)動(dòng)，并以波的形式釋放能量；躍遷之后如果能夠從激發(fā)態(tài)到穩(wěn)定態(tài)，剛好填補(bǔ)了所在軌道的空缺，電子就停止躍遷了，否則就會(huì)回落到之前的軌道，又會(huì)以波的方式釋放能量。
這就是我們看到的光的來(lái)源。
光量子從光源被釋放出來(lái)后，就馬不停蹄的以光速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)碰到物體后，就會(huì)與碰到的物質(zhì)原子核外電子發(fā)生撞擊，并將其能量轉(zhuǎn)移到電子身上，這樣這個(gè)光子就消失了。根據(jù)能量不滅守恒定律，這個(gè)電子獲得了額外的能量，就會(huì)從基態(tài)變成激發(fā)態(tài)，躍遷到更高的能態(tài)，這就是光的吸收。
而激發(fā)態(tài)的電子如果無(wú)法在高層軌道穩(wěn)定下來(lái)，不得不回落到基態(tài)，又會(huì)放出能量，這就是光的反射。
被吸收的光以能量方式儲(chǔ)存或者釋放出來(lái)，比如在太陽(yáng)光照下，物體會(huì)發(fā)熱，這就是光能的轉(zhuǎn)化。
當(dāng)然這個(gè)吸收率或者反射率的大小，就根據(jù)分子結(jié)構(gòu)決定了。根據(jù)光的波長(zhǎng)和頻率不同，不同的材料會(huì)有不一樣的吸收反射透過(guò)效果。
以陽(yáng)光為例，陽(yáng)光是有七色光組成的，紅橙黃綠青藍(lán)紫，組合在一起就成了白色的光，但在棱鏡下就可以把這些顏色分離出來(lái)。
不同物質(zhì)對(duì)這些不同波段的光吸收能力不一樣，因此有的被吸收，有的被反射，這樣我們就看到了五顏六色的世界。如果所有的物質(zhì)都對(duì)光的吸收率是一樣的，那我們看到的就是一個(gè)單調(diào)的世界。
不同波段和頻率的電磁輻射對(duì)物體的穿透率是不一樣的。如X射線、γ射線等高能射線，由于其波長(zhǎng)極短，一般在0.01納米以下，因此就可以穿越很多物體，對(duì)這種波段來(lái)說(shuō)，許多物體都是透明的。
如醫(yī)院用X射線對(duì)人體透視檢查就是利用了這個(gè)原理。
光與物質(zhì)的相互作用過(guò)程很復(fù)雜，涉及到光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)、電子對(duì)效應(yīng)等等，不同能量的光子被吸收或者反射的機(jī)制差別很大，這里不一一描述。
就是這樣，歡迎討論，謝謝閱讀。
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