光为什么会慢慢消失（光最接近世界本质的存在）

人类对于客观世界的认知，首先依赖于人类身体的感觉器官对世界的感知，而认知的绝大部分来自于视觉，或者说来自于光。

光是最接近世界本质的存在，从某种意义上来说，对光的本质的研究引领了物理学的革命，光的历史构筑了物理学的历史。

黑洞边缘的光

光一直以来都是哲学家和科学家的兴致所在。赫拉克利特说，光是燃烧的过程，而非燃烧的东西；牛顿认为光既在同一直线上相继，又在不同直线上同时；爱因斯坦考虑到，光速是不受时间约束，永恒不变的存在。光的历史大体可分成三个阶段：几何光学、具象光学和抽象光学。

几何光学

正如几何学被应用于研究物质那样，有关光学的论证都立足于经验引出的事实上。——惠更斯。

人类早期的光学研究为几何光学，把光作为一种几何概念的存在，主要观察光的直线传播、反射规律、透镜成像等经验问题，不涉及光的本质，但仍然蕴含着哲理。

月食

战国时期，墨翟在《墨经》中就提到了光和影的关系，认为光从物体发出或被物体反射，从而被眼睛看见。古希腊时期，阿那克西曼德特提出了月亮因反射太阳的光线而发光，亚里士多德对眼睛向物体发出视线的说法产生质疑。公元前3世纪，欧几里得在《反射光学》中，给出了人类在光学领域第一个定量的反射定律，整个几何光学的巅峰当属费马原理：光线传播的路径总是需时最少的路径。

费马原理：光程泛函的变分为零δF(t)=0。

具象光学

“光的颜色多种多样”与物体运动的不同方式有深刻联系。——笛卡尔

关于光的认知，真正走向近代科学的是达芬奇、伽利略和笛卡尔等人，笛卡尔在1635年的《折光学》中第一次假设平行于两种介质界面的速度分量不变，对折射定律进行了理论推证，并首先提出了关于光的本性的两种假说，一种认为光是类似微粒的一种物质，后来成为牛顿支持的微粒说；另一种认为光是一种以”以太“为介质的压力，也就是惠更斯坚持的波动说。

以太：所有的空间，甚至在恒星之外最遥远的距离上，都应充满着物质。——笛卡尔

牛顿通过思考认为，假如光是一种波，它应当同声音一样绕过障碍物，而不产生影子，又经过双折射实验发现，光线在不同的侧面应被赋予了不同的性质，这一卓越的灵感使得牛顿加深了对波动说的反对，因为如果压力或者波动通过均匀介质传播而来，必定在所有侧面都是相同的。

双折射与偏振：光波电矢量振动对于光的传播方向失去对称性

1672年，牛顿在《关于光和颜色的理论》中提出光的复合与色散：光不同颜色的微粒混合或分开构成了光的各种颜色。

光的色散实验：同一可折射性总是属于同一颜色，同一颜色总是属于同一可折射性。

我没有把引力看作物体的基本属性，我之所以有这样的疑问，是因为我由于缺乏实验而对它还不满意。——牛顿

牛顿折射定律：入射正弦与折射正弦成一给定的比率。AD是入射角正弦，EF是折射角正弦。

1704年牛顿在《光学》中又将微粒说与牛顿力学体系融为一体，合理地解释了反射和折射定律，由此光的微粒说占据上风。

光的波动说：以蜡烛火焰的ABC三点为中心作出的同心圆表示来自它们的光波

另一种是惠更斯坚持的波动说，惠更斯认为，假设光是一种微粒，那么光在交叉时就会发生碰撞而改变方向。1690年，惠更斯在《光论》中建立了惠更斯原理：介质中任一波阵面上的各点，都是发射子波的新波源，其后任意时刻，这些子波的包络面就是新的波阵面。根据此原理，可以完美地推导出光的反射和折射定律。

反射定律

惠更斯反射定律：CB是入射光，AC表示入射光波的一部分（光波中心无限远，AC可视为一条直线），圆弧SNR以A为圆心，以AG为半径，另外三条圆弧分别以三个K为圆心，以三个KM为半径。直线BN是四条圆弧唯一的公切线，因此反射光只能沿着AN方向。根据三角形相似性，入射角∠CBA等于反射角∠NAB。

折射定律

惠更斯折射定律：DA是入射光，AC是入射光线的一部分，假定光波在介质中传播速度会减慢，因此以A为圆心产生的球面波SNR的半径小于BC，同理K点产生的球面波等比例的小于HK，则BN是所有圆弧的公切线，从A点作BN的垂线AN，就表示折射光。

1801年，托马斯杨进行了著名的杨氏双缝实验，光屏上出现了明暗相间的黑白条纹，并首次提出了光是一种横波以及光的干涉现象，后来菲涅耳用两个平面镜产生的相干光源完成了光的干涉实验，夫琅禾费通过光栅发现了光的衍射现象，光的波动说逐渐牢固。

夫琅禾费衍射

在这个相当长的时期内，人们对光波的理解仅仅局限于某种介质的力学振动，众所周知的“以太”就是所谓光的载体。

抽象光学

1865年，麦克斯韦建立了电磁场的麦克斯韦方程组，推出电磁场的扰动以“以太”为介质振动传播，并计算出光速为每秒31万千米（∂²ψ/∂t²-c²∂²ψ/∂x²=0）。1887年，迈克尔逊莫雷实验否定了地球相对于“以太”运动，“以太”进而失去了作为绝对参考系的价值，使得人们接受了电磁场本身就是物质存在的一种形式，最终让光速不变原理和狭义相对论原理得到普遍认同。

麦克斯韦方程组

1887年，赫兹发现了光电效应，光的微粒性再一次被证实，1900年，普朗克首次提出量子化假设（ε=ℏω），1905年爱因斯坦提出光量子假说（E=hv），同年康普顿证明了X射线的微粒性（λ=h/mc²）。1923年，德布罗意提出的波粒二象性（λ=h/P），1927年汤姆生在实验中证实了电子束的波动性质。量子力学的建立冲破了把光仅仅理解为某种振动的狭隘观念，人们终于意识到光的抽象理念。

克西米尔效应

20世纪后期，科学家认识到真空涨落存在虚光子（i-Photon），1948年，克西米尔发现了真空量子化的克西米尔效应(F=-Cπ/d²)，1954年杨振宁创立了杨——米尔斯理论，基本粒子的行为不再符合对称群描述。

杨——米尔斯理论

光是从黑暗之中喷薄而出一种原创的力量——启蒙。

光既是粒子又是波，既确定又不确定，既是概率又是实体，光的概念由模糊到具象再到抽象，最终的“经验”慢慢靠近最初的“印象”，似乎暗示了某种循环，蕴藏着某种深刻的意义。

光在各种创世的神话之中象征着世界的秩序

,