探究光本質的物理學路途
佇創世的源起頭，上帝講：「著有光」，就有光。這是聖經創世記內面所描述上蓋偉大充滿權能的畫面。若轉來看咱逐工的生活情境，有光，咱才看會著世間萬項物的媠佮䆀，嘛予咱看會著花草樹木豐富的色彩。古早人看著日頭光、月光、星光，除了對上帝造的世間萬項物深深敬畏，心內嘛咧思考：「光的本質到底是啥物？」
佇咱日常就看會著一寡光的現象，像講反射佮折射，嘛有推導出數學的公式，毋過咱猶是會好奇伊背後的物理原理是按怎用來解說觀察著的現象。佇1675年，Newton 佇伊的著作《解釋光屬性的假說》提出光是一粒一粒足細粒閣走著誠緊的粒子，就是「光微粒假說」。光的反射就若像是球去挵著壁，平行壁面的速度分量無變，壁的屈角方向速度會顛倒反，就會得著反射角平平入射角的結果。若光的折射，就是光對空氣射入水--lin，會像圖畫的按呢偏。梁丈認為光微粒平行水面的速度分量仝款無變，毋過水面的屈角方向會因為予水吸引造成速度增加。猶毋過 Newton 的理論無法度解說光是按怎會一部份反射、一部份折射，而且根據後來的實驗，發現光是水--lin 事實是走較慢，這和梁丈的推論完全鬥袂合。
光對空氣射入水--lin的路徑
其實佇梁丈提出伊的光微粒假說過無幾冬，Huygens 佇1678年有提出另外一套理論，伊認為光是一種「波動」。啥物是波動咧？咱會當提一个面盆貯水，用手指頭仔佇水面小點一下，會看著圓箍仔形的水泱向外擴大傳播，這就是一種波動。Huygens 佇伊的著作《光論》內底講：「佇波前頂懸每一點，攏會當看做是新的點波源發出球面次波向前傳播，咱會當畫曲線共遮个次波包起來成做新的波前」其實用圖片解說就會清楚了解。一直到1803年，Thomas Young 做出「雙狹縫干涉實驗」，發現光經過兩个相倚的狹縫會形成一巡一巡光暗交替的畫面。Fresnel 根據這个實驗結果進一步共 Huygens 的理論的數學形式補予完整，發現理論佮實驗結果真鬥搭。光的波動理論就按呢共梁丈的微粒假說徹底拍敗。
看到遮，雖罔咱知影光是一種波動，毋過伊到底是靠啥物物質咧傳播？咱日常生活看著的波，像講聲音是靠空氣的分子振動傳播，水泱就是靠水分子振動，咱𫝺索仔形成的波就是索仔本身咧振動。用仝款的理路，物理學家假設有一種咱人目睭看袂著的介質號做「以太」，充滿佇宇宙中，光就是透過以太傳播。根據古典的時空觀念，光速是用以太做參考基準，地球佇宇宙中是踅太陽咧走，太陽本身嘛可能相對某一个參考點咧踅。若照按呢看，走無仝向的光，速度定著是無仝。後來佇1887年，Michelson佮Morley設計完成一个驗證以太的實驗，結果發現光的速度並袂因為方向改變綴咧改變。而且根據墨綏奧（Maxwell）佇1860年代整理建立的古典電磁學的數學形式推論光是「電磁波」，速度嘛是固定的常數。遮个新的實驗佮理論就正式共「以太」的理論擲挕捒去矣。甚至這个結果嘛引起Einstein的興趣，閣較深入落去思考古典的絕對時空觀的問題，尾仔家己建立相對論，對近代的物理學貢獻誠大。
以太假說的基本概念
檢采電磁學的理論用來解說光看起來是夠額矣，毋過佇1900年彼跤兜，猶有烏體輻射佮光電效應這兩个實驗的結果，用彼當陣的物理理論按怎鬥都鬥袂峇，煞想袂到這是近代物理學發展的起頭爾爾。Planck咧推導烏體輻射光譜的時，伊假設能量是一份一份，有上小的單位，親像咱的錢是一箍一箍，無彼號半箍的。猶毋過伊干焦共看做是一个數學推導的手路爾，並無了解藏佇這內底的物理意義。光電效應的實驗就是用光去照金屬，金屬內底的電子得著光的能量到一个坎，就會脫離金屬固體的束縛飛出來hông測著。根據古典的電磁學，光的能量佮波的振幅（有偌光）有關係，參頻率（色緻）無關係。所以照古典的理論預測，無論用啥物色的光，只要有夠光就會當測著飛出來的電子。毋過實驗的結果表明，光的波長若無夠短，就算足光嘛照袂出電子。
看著這个實驗結果，Einstein用伊的「光量子（光子）」理論來解說。伊採用Planck佇烏體輻射能量量子化的結論，光的能量是真正一份一份，逐份的能量是hν，其中ν代表光的頻率，h號做Planck常數。咱用光炤佇金屬表面，就若像是攑一枝銃，用光子做銃子去彈金屬，一个光子干焦會當共伊本身的能量予一粒電子，這个能量愛有夠通予電子脫離束縛，電子才有法度飛出來予咱測著。也就是講，光的頻率愛超過彼个坎才有才調共電子彈出來。這个理論就會當解說光電效應實驗的結果，這个理論嘛是光感測器佮太陽能枋運作原理的一部份，另外一个部份就是半導體的能帶理論，彼另工本人才閣寫另外一篇來詳細紹介。猶毋過光是電磁波，古典的電磁學煞無才調解說光電效應，這表示古典的理論猶閣愛修正通佮量子物理相結合，這就是20世紀彼沿的物理學家𪜶拍拚咧做的工課：「量子電動力學（QED）」。
既然按呢，光到底是波抑是粒子？佇微觀的層次，粒子佮波兩个之間並無遐爾分明。親像電子、中子、原子甚至分子，佇古早咱攏認為是一粒一粒的粒子，猶毋過予通過兩个狹縫，伊嘛佮光仝款會有干涉的現象。所以咱會當講，光𫝛時有古典觀念內底粒子佮波兩類的性質，物理學家共這號情形號做「波粒二象性（wave-particle duality）」。
光，是上帝用話語創造天地的頭一項，是咱欣賞世間萬物媒介。光嘛誠特別，伊無像物質有質量，伊的速度是宇宙中上蓋緊的，任何的物件攏走袂贏伊。光嘛是拍開量子物理大門的一枝鎖匙，烏體輻射、光電效應挑戰古典的物理學理論，甚至氫原子光譜予物理學家會當了解原子內底電子是按怎存在。光會通講是上帝賞賜予人類，通了解這个宇宙運作原理的一个重要線索。
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