点亮前沿科技的“光”（开卷知新）

　　自从第一次睁开眼睛观察世界，光就陪伴我们的生命旅行。光是人类生存生活的基本条件，为我们呈现绚丽斑斓的世界，光合作用则为我们提供了食物来源。人类对光的认识和研究从未停止过。从盘古开天地到后羿射日，古代典籍中有许多关于光的记载。春秋战国时期，墨子论述了光的产生和性质，甚至描述了小孔成像现象。

　　如今，光既是科学前沿又是应用前沿，与光有关的先进科技在人们的日常生活中普遍应用，光通信、量子通信还开创了人类通信的新前景。在载人航天、探月工程、深空探测、大气—海洋—陆地观测领域的重大科技任务中，光学研究尤其是红外光学研究起到关键作用，为推动国民经济发展、维护国家安全提供了强有力的支撑。

　　在探索“光是什么”的过程中，筑起科学大厦的坚强基石

　　光是什么？这个问题一直为人类所好奇，也是一代又一代光学研究者前进的动力。在“追光”路上，在不断探索解答“光是什么”的过程中，与光有关的技术得到发展，日益造福人类。

　　光谱就是“追光”路上的重要发现。红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，17世纪60年代牛顿使用三棱镜，将太阳入射光分成7种颜色，使人类对光的认识从简单的照亮物体的光线，演进为按颜色分散排列的光谱。这一重要发现来自常见的自然现象——雨后的彩虹。彩虹是由不同波长的光通过不同角度折射而成。红花绿叶、青山绿水，也是由于太阳光照射到它们身上，反射各种颜色的光，进入人的眼睛里，我们才得以看到多姿多彩的世界。

　　进而，科学家们记录了可见光范围的光谱图。光谱图是复色光通过色散系统（如棱镜、光栅）进行分光后，依照光的波长（或频率）大小顺次排列形成的图案。通俗地说，不同物体会反射不同颜色的光，所有的颜色都可以在光谱图上找到。通过对光谱图的研究，人们得到了原子、分子等的能级结构、能级寿命以及电子的组态、分子的几何形状、化学键的性质、反应动力学等许多关于物质结构的知识。这些光物理领域的基础科学研究成果，成为筑起科学大厦的坚强基石。

　　光并不总是肉眼可见的，比如红外辐射。1800年，天文学家赫歇尔在用水银温度计研究太阳光谱的热效应时，发现红光外面看不到的区域温度升高效果更好，他称这一区域为“黑热痕”。后来，人们把这部分看不到但是能测到热量的光，叫做红外辐射。如今，红外辐射的应用十分广泛，我们身边检测体温的设备，大多是通过检测人体的红外辐射来实现测温。

　　电磁波也是在探寻“光是什么”的过程中被发现的。有人认为光是微小的粒子流，也有人认为光是一种波。19世纪60年代，科学家发现，从无线电波到红外光、可见光、紫外光、X射线都是同一本性的电磁波。分成7种颜色的可见光，只是整个电磁波谱中波长从400纳米到780纳米的很窄的一段电磁波。根据光的电磁波理论，人们在19世纪末20世纪初，实现了2公里距离的无线电通信，并最终发明了无线电报。时至今日，工作生活所必备的电话通信、无线网络基础设施，都依托这一理论而来。

　　现代物理学研究发现，光既是波又是粒子，即光的波粒二象性，这是人类对“光是什么”认识的又一大进步。借助这一理论，科学家从“波”的角度分析电子，找到了电子的波长与其质量和运动动量的关系，进而发明了电子显微镜。经过近百年努力，电子显微镜的分辨率可以高达1埃（0.1纳米）量级，能够直接观察到单个原子，成为研究物质微观结构不可缺少的利器。当今科学最前沿的光量子通信，也是用光的波动性传播信号。我们发射的“墨子号”卫星，进行了大量的高速量子密钥分发实验，首次实现卫星和地面之间的量子通信，为构建天地一体化的量子保密通信与科学实验体系奠定了基础。

　　解开更多光的“谜题”，用光的新发现新应用照亮人类生活