光同時具有著波動性和粒子的特性，我們常常將其稱為波粒二象性。

       為了表示“波動性”這一性質，我們選用了“波長”這一詞語。波長是光一個振動周期傳播的距離，納米（nm，10億分之一米）是它常常使用的單位。我們肉眼所能見的光，只是波長大約400nm到700nm之間的光，稱之為可見光。這些波長范圍以外的光有x線、紫外線、紅外線等等。這些光我們雖然看不見，但它們也都是“光”這個大家族的重要成員。

       另一方面，光具有“粒子”的特性（光的粒子性）。光強的變化取決于粒子數(shù)量的不同。明亮的光它的粒子數(shù)量就多，相反暗的光粒子數(shù)量就少。我們將這樣的粒子叫做“photons”，也就是“光子”。

       在示波器中對聲音和光的信號進行比較，便可以確定光的粒子性。眾所周知的是聲音具有波動性，如果聲音的強度或量級漸弱，聲音的信號也會隨之變弱，最后甚至消失。與之相對，光雖然也是隨著減弱而信號變得越來越小，但在示波器中還是能檢測到稀疏的脈沖（極短時間內的信號）。這也就說明，光具有著“粒子”的特性。

光譜圖

聲音信號和光信號的對比

       光的速度每秒約30萬千米，也就是說它大約1秒就可以繞地球7圈半。這樣的特性也使光可以應用于許多科中，比如說可以在短時間內傳輸海量信息的光通訊。

光可以在大約1秒的時間內繞地球7圈半

       但是，就算是這個比我們認知內任何一個物體速度都要快的光，把它置于真空中，在兆分之一秒內也只能移動0.3毫米?，F(xiàn)在在物理、化學、生物諸多領域，對這樣在極其短的時間內迅速發(fā)生的光現(xiàn)象的研究，都已成為了必不可少的一部分。

*注：1毫秒=1000分之1秒，1微秒=100萬分之1秒，1納秒=10億分之1秒，1皮秒=1兆分之1秒

      光在沒有物質的真空宇宙空間中可以毫無障礙的筆直穿行，但當它遇到水、空氣等一類物質時，我們會看到被稱之為“吸收”“透過”“反射”“散射”等的現(xiàn)象。

當光遇上物質時，會發(fā)生各種各樣的作用

       首先，當光遇到物質時，其中一部分在穿過物質時被吸收（a），轉變?yōu)闊崮?；若是碰到的物質是透明的，光在其內部并沒有被吸收，而是直接透過（b）并再次出現(xiàn)在物質的外側；另外，如果物質的表面像鏡面那樣光滑的話，光就會引起反射（b），而碰到表面凹凸的物質，則會發(fā)生散射（c）.

（a）吸收

（b）反射和透過

（c）散射

      我們的眼睛就是通過“透過”或“反射”、“散射”的光，來看到所有物質的顏色和形狀的。

       通過物體反射出來的光被稱之為反射光，我們之所以能夠看到物體的樣子，是因為物體的反射光通過眼睛的晶體，在視網(wǎng)膜上進行了成像。從一個沒有凹凸的平面物體，如鏡子、安靜的湖面等物質反射出的光，因其入射角和反射角等同而產生“鏡面反射”，進而進入我們的眼睛，在人眼中清晰地倒映出物體的樣子。

       另一方面，當一束光照射到凹凸不平的物體時，光會向不同的方向進行“散射”，從而進入我們眼睛的光就不能產生清晰的圖像。這也是為什么鏡面如果是凹凸的話，物體的倒影會變得模糊，或是完全沒有了倒影。

無風的湖面上倒映出的景色

晴朗的藍天

落日的晚霞

       太陽給予我們的光是通過了漫長的宇宙旅程才到達地球的，它在這段旅途中，會和大氣中的各種粒子、分子相遇從而發(fā)生“散射”，而后一部分光返回到了宇宙，余下的光則進入到大氣，到達地球。

       然而，不同波長的光，散射的程度也是有所不同的，在人眼可見的光中，藍光是很容易散射的，這也是為什么在我們眼中的天空是藍色的。另一方面，日落時的晚霞和日出時的朝霞都有著漂亮的紅色、橙色或者粉色。這是因為在太陽位置低的時候，光通過大氣到達地球的距離變長，散射的藍光在途中減弱，余下的紅光或橙色的光就到達了我們的視線。

        由于光在空氣和水中的傳播速度是不同的，因此在空氣和水的交界處往往會發(fā)生光的“折射”。

        我們眼睛雖能捕捉到水中吸管發(fā)出的散射光，但當光從水進入到空氣時，同時也發(fā)生了折射。然而，我們眼睛看到的是從水中發(fā)出的平行光，折射進入眼睛的光的延長線上描繪出了“虛像”。因此，看到在水中的吸管的前端，和實際位置是有偏差的。

       光是朝著所有方向傳播的，因此光波之間常常會發(fā)生碰撞，由這種碰撞引起的現(xiàn)象叫做“干涉”。當這些波的波峰重疊時，峰值會變得更大，而當波峰與波谷碰撞時，波之間就會相互抵消。

       肥皂泡是一層極其薄的膜，膜的外側和內側反射的光相互干涉進而產生顏色。而之所以肥皂泡膜會引起光的干涉，是因為它不斷地在運動，所看見的角度也隨之發(fā)生著變化。如此一來，這些波的光強不斷加強或抵消，最終形成了我們眼看到的五彩變幻的顏色了。

肥皂泡的奇妙顏色

       太陽發(fā)出的光叫白光，實際上它混合了各種各樣的光，只是看起來是“白光”而已。如果我們使用棱鏡對白光進行分離的話，我們便可以看到各種顏色的光了。而這樣的現(xiàn)象被稱之為光的“色散”。

       在自然界，雨水蒸發(fā)到空氣中殘留的水滴，同樣具有棱鏡的作用。遇見水滴的光會發(fā)生折射并進入水滴的內部，當從水滴內部反射到外部時，光會再發(fā)生折射。如此，空氣中的水滴剛好就發(fā)揮了與棱鏡相同的“分散”功能，進而各種連續(xù)的帶狀顏色的光，就出現(xiàn)在我們的眼前，沒錯，這也就是彩虹。

       另外，仔細觀察彩虹的周邊你可以發(fā)現(xiàn)，其外側還有一條顏色順序反過來的彩虹（副虹）。副虹則是水滴中發(fā)生2次反射的光進入人們視線而出現(xiàn)的。

雨后空中飄現(xiàn)的彩虹

       光的這些特性，讓世界在我們眼中充滿了奇妙的色彩和形狀，不過這都是它和物質發(fā)生作用后產生的樣子，那光本身的“姿態(tài)”到底是什么樣的呢？除了我們肉眼可見的光以外，在這個大家族中還有著什么樣的神秘成員？