《圣经》旧约-创世纪篇：“上帝说：要有光！于是，就有了光。”

      我们学物理的，越学到深处，越是对未知敬畏。其实我们所敬畏的未知，又何尝不是我们心中的 “上帝”？所以我从来都不觉得对世界的解释有什么高下之分，只有每个人的认知体系不同。

       物理学里对光的认知是有一套自洽的体系，每个人开始去接触和理解的角度都不尽相同，但是都应该殊途同归。

       我们首先要从组成这个世界的物质说起。      

       现代物理学告诉我们，组成这个世界物质的原子，是由含有不同质子数的原子核以及围绕原子核运动的电子组成。      电子既然围绕着原子核运动，那么它也可以脱离开它本身的原子核跑到别的地方去，只要外界给它的作用力足够大。电子往别的地方跑，去运动，这个运动的过程就形成了我们说的电流。我们进一步想象一下，把一个个电子想象成一个个小球，如果在一条路径的两边，一边不断有作用力去推这些小球，另一边不断有作用力来吸引这些小球，那就会形成一个持续不断的电流。如果两边的作用力作用得合适，我们可以让这些电子的小球跑的速度保持恒定，我们叫它恒定电流；如果两边作用力作用忽高忽低时有时无，那么这些电子小球跑的速度就会忽上忽下，我们叫它变化的电流。      

       人类发现电和电流的历史是一段相当有趣的故事，富兰克林的风筝实验去捕捉天上的闪电，爱迪生无数次失败又无数次重新实验终于发明了电灯，这些故事无不体现了学习物理学的人们在未知面前无穷的好奇心。

       我们说过了电流，我们再来说说另一个主角，磁铁。早在一千多年前，中国的古人用磁铁摩擦小铁针，发明了世界上最早的指南针，在当时，在还没有电灯泡的时代，这个小小的指南针在没有外力作用的情况下，有一头永远指着南方。后来，我们知道，磁铁分两级，所谓的两级其实就是磁铁里面有一头电子数量堆积得比较多，有一头电子数量堆积得比较少造成的。有很多磁铁是自然界天生就存在的，但是在很多情况下，也可以通过磁铁摩擦或者放电的方式，可以让其他物体也能变成磁铁。这个现象在当时不由得让人们对电流和磁铁是否有某种内在的联系产生了猜想。在这些充满好奇心的人里面有一个叫奥斯特的，他经过无数次实验有一次终于发现，把一个小磁铁平行的放在一个电流下面，小磁针神奇的动了起来，转动了方向变成跟电流垂直！这根小磁针微小的摆动，揭开了电磁学的序幕，标志着电磁学时代的到来。      

       我们尽量不写任何数学和物理公式，用文字的形式讲这个故事。事实上，人们为了纪念奥斯特的发现，在以后所有的物理公式里磁场强度的单位以奥斯特命名。      那么小磁针为什么会摆动？肯定有力推动了小磁针，什么东西产生的力？物理学家们叫它磁场。也就是说，电流（电子的移动），会产生磁场。后来人们通过做实验进一步发现，恒定的电流会产生稳定的磁场，也就是说小磁针受到的力是大小和方向都是不变的；但是变化的电流，会产生变化的磁场，也就是说小磁针收到的力也是变化的。

       也许很多物理学家都是处女座的，他们不管是对于未知的探索，还是对已知的归纳，总是在追求一种完美的对称，追求一种完美的统一。奥斯特发现了电流会产生磁场，按照处女座思维，磁场也应该产生电流。当时物理学家们几乎是固执的相信这点，也就是说，当时大家只是觉得它应该是这样，至于为什么是这样还不清楚，这一推论最终由法拉第通过实验证实。他把一个连着灯泡的铁丝圈在两个磁铁中间转动，发现灯泡亮了！人们第一次看见了磁场产生电流。人们为了纪念法拉第的发现，在以后所有物理公式里的电容的单位以法拉第命名。不知道今后还有多少未知的新的物理单位，等着充满好奇心的物理学家们去发现和命名。      

       电产生磁，磁也产生电，他们之间通过一个叫电磁场的“介质”互相发生着关系。故事发展到这里，一个横空出世的天才将电磁场这个“介质”用了一组最美的数学方程式归纳统一起来，这个人就是麦克斯韦。麦克斯韦方程组的美涵盖了物理学的所有的美，简单、和谐、统一、对称。因为我们说过不写公式，我只能以文字上“完美”一词，赋予这个物理学上少数的几个最伟大的公式之一。麦克斯韦方程组揭示了，电磁场这个“介质”是一种能量，这个能量以一种类似水波荡漾的形式在空间传播，我们叫它电磁波。后来的后来，另一位伟大的物理学家，爱因斯坦在他的相对论中论证了能量和物质之间的关系，告诉了大家，其实电磁场就是一种物质，它是实实在在存在在这个世界上，你抓不住它，但是它可以展现给你看，比如奥斯特实验，比如法拉第实验。      

       再比如：我们眼睛所看见的世间万物的形态 ——光！

       光，就是电磁波的一种。我们知道水波荡漾时有起有伏，微风吹过水面，一开始是一串很密的波纹，荡开到远处逐渐波纹越来越松散开去。电磁波也有很密的波纹，也有很松散的波纹，物理学家们用波长这个概念来区分波纹的密集程度，人类的眼睛所能看见的光，如果用波长来区分的话，其实就是波长在大约380纳米到780纳米的电磁波。人类眼睛之所以看到不同颜色的光，其实就是不同波长的电磁波，比如380纳米的电磁波，就是紫色；780纳米的电磁波，就是红色。人们常说的红外光，紫外光，就是人眼睛已经看不见的电磁波。

By JH 031119

To be continued…

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