光的世界︰引言

日日》唐‧李商隱

日日春光鬥日光,
山城斜路杏花香。
幾時心緒渾無事,
得及游絲百尺長。

日日神經網絡相傍,遲早難免精神緊張,何不回眸來個轉向,欣賞成景出色日光。這光來歷身份非常,能使黑暗無處潛藏,傳聞開天闢地的頭一日,神說、要有光、就有了光。

聖經 (和合本)/創世記

第一章

1起初 神創造天地。
2地是空虛混沌.淵面黑暗. 神的靈運行在水面上。
3 神說、要有光、就有了光。
4 神看光是好的、就把光暗分開了。
5 神稱光爲晝、稱暗爲夜.有晚上、有早晨、這是頭一日。
6 神說、諸水之間要有空氣、將水分爲上下。
7 神就造出空氣、將空氣以下的水、空氣以上的水分開了.事就這樣成了。
8 神稱空氣爲天.有晚上、有早晨、是第二日。
9 神說、天下的水要聚在一處、使旱地露出來.事就這樣成了。
10 神稱旱地爲地、稱水的聚處爲海. 神看着是好的。
11 神說、地要發生青草、和結種子的菜蔬、並結果子的樹木、各從其類、果子都包着核.事就這樣成了。
12於是地發生了青草、和結種子的菜蔬、各從其類、並結果子的樹木、各從其類、果子都包着核。 神看着是好的.
13有晚上、有早晨、是第三日。
14 神說、天上要有光體、可以分晝夜、作記號、定節令、日子、年歲.
15並要發光在天空、普照在地上.事就這樣成了。
16於是 神造了兩個大光、大的管晝、小的管夜.又造衆星。
17就把這些光擺列在天空、普照在地上、
18管理晝夜、分別明暗. 神看着是好的.
19有晚上、有早晨、是第四日。
20 神說、水要多多滋生有生命的物.要有雀鳥飛在地面以上、天空之中。
21 神就造出大魚、和水中所滋生各樣有生命的動物、各從其類.又造出各樣飛鳥、各從其類. 神看着是好的。
22 神就賜福給這一切、說、滋生繁多、充滿海中的水.雀鳥也要多生在地上。
23有晚上、有早晨、是第五日。
24 神說、地要生出活物來、各從其類.牲畜、昆蟲、野獸、各從其類.事就這樣成了。
25於是 神造出野獸、各從其類.牲畜、各從其類.地上一切昆蟲、各從其類. 神看着是好的。
26 神說、我們要照着我們的形像、按着我們的樣式造人、使他們管理海裏的魚、空中的鳥、地上的牲畜、和全地、並地上所爬的一切昆蟲。
27 神就照着自己的形像造人、乃是照着他的形像造男造女。
28 神就賜福給他們.又對他們說、要生養衆多、遍滿地面、治理這地.也要管理海裏的魚、空中的鳥.和地上各樣行動的活物。
29 神說、看哪、我將遍地上一切結種子的菜蔬、和一切樹上所結有核的果子、全賜給你們作食物。
30至於地上的走獸、和空中的飛鳥、並各樣爬在地上有生命的物、我將青草賜給他們作食物.事就這樣成了。
31 神看着一切所造的都甚好.有晚上、有早晨、是第六日。

此光先天原自純淨︰

Light

Light is electromagnetic radiation within a certain portion of the electromagnetic spectrum. The word usually refers to visible light, which is visible to the human eye and is responsible for the sense of sight.[1] Visible light is usually defined as having wavelengths in the range of 400–700 nanometres (nm), or 4.00 × 10−7 to 7.00 × 10−7 m, between the infrared (with longer wavelengths) and the ultraviolet (with shorter wavelengths).[2][3] This wavelength means a frequency range of roughly 430–750 terahertz (THz).

The main source of light on Earth is the Sun. Sunlight provides the energy that green plants use to create sugars mostly in the form of starches, which release energy into the living things that digest them. This process of photosynthesis provides virtually all the energy used by living things. Historically, another important source of light for humans has been fire, from ancient campfires to modern kerosene lamps. With the development of electric lights and power systems, electric lighting has effectively replaced firelight. Some species of animals generate their own light, a process called bioluminescence. For example, fireflies use light to locate mates, and vampire squids use it to hide themselves from prey.

The primary properties of visible light are intensity, propagation direction, frequency or wavelength spectrum, and polarization, while its speed in a vacuum, 299,792,458 metres per second, is one of the fundamental constants of nature. Visible light, as with all types of electromagnetic radiation (EMR), is experimentally found to always move at this speed in a vacuum.[citation needed]

In physics, the term light sometimes refers to electromagnetic radiation of any wavelength, whether visible or not.[4][5] In this sense, gamma rays, X-rays, microwaves and radio waves are also light. Like all types of light, visible light is emitted and absorbed in tiny “packets” called photons and exhibits properties of both waves and particles. This property is referred to as the wave–particle duality. The study of light, known as optics, is an important research area in modern physics.

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A triangular prism dispersing a beam of white light. The longer wavelengths (red) and the shorter wavelengths (blue) get separated.

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熟料卻因七彩炫目議論頻生︰

光的『本性』到底是什麼?一個光的『折射問題』就曾經在科學史上引發過大『論戰』!追根溯源西元二世紀時古希臘托勒密 Claudius Ptolemy 在所著之《光學》Optics 第五卷裡,提出了他的折射實驗與定律。也許在那個時代,並不清楚『正弦』Sin 的概念,所以他結論並不正確。其後於九八四年伊朗學者伊本‧沙爾 Ibn Sahl 在《論點火鏡子與透鏡》On Burning Mirrors and Lenses 裡最早正確地描述了『折射定律』,並且將之應用於找出能夠讓『光聚焦』而又不會產生『幾何像差』之『透鏡』的形狀。然而只可惜他的研究結果並未為其它的學者所注意到。因此往後的許多年,人們又再次的從托勒密的『錯誤理論』開始『研究折射』。到了十一世紀初阿拉伯的學者海什木 Al Hazen 『重新再做』托勒密的實驗,雖然在著作的《光學書》Book of Optics 中總結出了一些法則,卻也沒能夠得出折射的『正弦定律』。如此又過了五百年,一六零二年英國天文學家托馬斯‧哈里奧特 Thomas Harriot 重新發現了『折射定律』,不過他並沒有發表這個結果,只是在與德國天文學家約翰內斯‧克卜勒 Johannes Kepler 通信中曾提及過這件事。其後於一六二一年荷蘭天文學家威理博‧司乃耳 Willebrord Snellius  推導出了一個數學上的『等同形式』,然而在其有生之年,人們並不知道他的成就。作者雖然不知這些偉大的『天文學家們』為何當時『人不知』他們的『研究結論』?然而設想從事『竹藤工藝』者,假使不知道『如何彎曲』那個『竹片』與『藤條』的話,大概想做『什麼家具』都可能是困難的吧!那麼如果不知道如何『屈折光線』,一個天文學家又怎麽能夠製造『好的透鏡』,用以『觀測天象』的呢??

一六三七年法國的大哲學家勒內‧笛卡兒 René Descartes 在其專著《屈光學》Dioptrics 裡,推導出了這個『折射定律』,並且用自己的理論解析了一系列的『光學問題』。在這推導裡,他做了兩個『假設』︰一、『』的『傳播速度』與周遭的『介質密度』成『正比』;二、『光的速度』沿著『交界面』方向的『速度分量守恆』。一六六二年法國律師和業餘數學家皮埃爾‧德‧費馬 Pierre de Fermat 發表了『最短時間原理』:光線傳播的路徑是需時最少的路徑。藉此推導出了『折射定律』,但是該原理假設了與笛卡兒相反之『光的傳播速度與介質密度成反比』,為此費馬強烈的反駁笛卡兒的導引,認為笛卡爾的假設是錯誤的。根據歷史學者以撒‧福雪斯 Issac Vossius 一六六二年在著作《De natura lucis et proprietate》裏的敘述,笛卡兒事先閱讀了司乃耳的論文,然後調製出自己的導引。有些歷史學者覺得這指控太過誇張,令人難以置信;也有很多歷史學者都存疑過曾經發生了這回事,然而費馬與惠更斯卻分別多次重複地譴責笛卡兒之行為缺失。在此不論歷史上的『是非對錯』,這場光的『粒子說』與『波動說』之大戰正方興未艾!一六六四年英國博物學家羅伯特‧虎克 Robert Hooke  開始提倡光的『波動說』。但是一六六九年被授予劍橋大學三一學院盧卡斯數學教授席位的牛頓卻是笛卡兒的『光粒子說』之發揚者。一六七零年到一六七二年期間,牛頓負責在校講授光學。他研究了光的折射,發表『三稜鏡』可以將白光發散成彩色光譜,而且藉著透鏡和另一個三稜鏡可以將彩色光譜合組為白光。雖然虎克本人曾經公開批評牛頓的光微粒說。但是因為牛頓在多門物理領域的成就 ,使得他被公認是這場『光本性爭論』的贏家。

一六七八年荷蘭物理、天文和數學家克里斯蒂安‧惠更斯 Christiaan Huygens 依據虎克的提議,在其著作《光論》(Traité de la Lumiere)裡應用他創造的『子波原理』 ── 今天的惠更斯原理──,從光的波動性質,成功的推導出並且解釋了司乃耳定律。之後於一七零三年惠更斯在其著作《Dioptrica》中又談到了這定律,並且正式的將這定律的發現歸功於司乃耳。一八零二年英國的科學家與醫生托馬斯‧楊 Thomas Young ── 被譽為『世界上最後一個什麼都知道的人』 ── 做實驗發現,當光波從較低密度介質傳播到較高密度介質時,光波的波長會變短,他因此歸結出光波的傳播速度會降低。楊氏之所以大名鼎鼎在於他所提出的『雙縫實驗』 double-slit experiment 就是這一場『古典光本性大戰』勝負之最終『判定性實驗』。之後這個『光本性問題』又發生了量子力學史上的『愛因斯坦‧波耳』大戰,以及波耳所提出的『波、粒互補性原理』。

─── 摘自《【Sonic π】聲波之傳播原理︰原理篇《一》

 

怎不就趁暑休陽豔之際,前往光的世界,藉著程式、相機、透鏡、樹莓派,親眼目睹驗證神奇!!探究光的簡單行徑之理,竟能譜出曼妙動人之姿,果然耶量大自然生美,隨機虹霓成象??