日期：2021.01.25

【文章摘要】：本系列將用目前最可信、最可靠、最不容置疑的、最基本的電磁學基本定律庫侖定律和畢奧——沙伐爾定律為基礎，力求以最簡潔的認證方法依次解讀三十個與光有關的常見物理現象與實驗結果，並在此基礎上得出光的本質及光與介質相互作用規律的完整認證結果：光的本質是電場和磁場；光與介質相互作用是使介質成為次生光源併產生次生光；光僅相對產生它的光源或次生光源速度恆定；自入射光使介質極化成次生光源到產生次生光需要消耗半個週期的時間，因此，介質內部的光速與單位長度內的再生次數成反比，也就是與單位長度內的極化體（原子、分子和分子團等）數量成反比。本文所指的光是廣義的光，包括可見光，不可見光以及恆定電場和磁場。也就是包括頻率為0~∞所有頻率的電場和磁場。

一、光的本質及其相關說明

從光的產生方式可證明光的本質是電磁與磁場

光都是由原子極化或被極化成電偶極子時產生的電場和磁場，產生光的方式主要有二種：

一是自然發光：也就是通常所說的溫度型發光或所謂的黑體輻射。此類發光的強度與頻率間的關係為：僅與溫度有關，與材料性質、元素組成及材料內部的結構等無關。這就清楚地表明：產生溫度型電磁輻射的是分子熱運動時原子核與電子運動不同步，從而導致原子極化為電偶極子併產生偶極子的電場和磁場。一般當溫度達到500度或以上時，才會產生可見光波段的光。從500度開始出現暗紅色光，到1000度時會出現紫色光。隨著溫度的上升，可見光波段內的主頻會不斷上升，物體的顏色也會從紅色逐漸向紫色變化；

二是強迫發光：也就是有外力使原子中的電子改變運動狀態。當外部電場使原子中的電子改變運動狀態（也會使原子核改變運動狀態，但一方面原子核的運動狀態改變數遠小於電子。另一方面其改變趨勢與電子正好相反。對我們討論相關問題無原則上的、決定性的影響。因此，可暫時不考慮），從而原子被極化為電偶極子併產生偶極子的電場和磁場。契倫科夫輻射和入射光導致介質產生反射、散射、折射、透射、衍射和繞射等次生光都是屬於強迫發光的情形。前者因帶電粒子所產生的電場和磁場使其路徑上的原子中的電子改變運動狀態而使原子發光；後者是光本身就是電場和磁場，當照射到介質時就會使被照射的原子中的電子改變運動狀態而使原子發光。

二、光與介質相互作用規律簡介

光既然是電場和磁場，而介質都是由不同元素的原子組成的，原子又是由不同數量的電子和質子與中子組成的原子核構成的。當光照射到介質上時，原子中的電子和原子核當然因電場而改變運動速度，因磁場改變運動方向。只是因為原子核比電子質量大得多，其速度的改變數及位移量會遠小於電子，且其改變趨勢和方向正好與電子相反，並不會對我們定性討論光與介質的相互作用規律產生重大影響。因此，可以忽略原子核的參與，只討論電子在光照射下的運動狀態變化及後果。電子運動狀態的改變勢必導致原子被極化為電偶極子，而電偶極子就得產生電偶極子電場和磁場。在諧變電場和磁場的作用下，電子的位移量最大值會比入射光電場強度的最大值相位上晚半個週期，因此才會有反射光的半波損失現象。正因為存在此原因，所以入射光遇到介質後會很快被介質產生的次生光所抵消而消失。也就是說：即使是透明介質中的折射光也不是入射光，而是介質產生的次生光。透射光、衍射光和繞射光當然也是介質產生的次生光的一部分。

三、決定光速的主要因素簡介

決定光速的因素主要有二：

一是光源或次生光源運動狀態：光僅相對產生它的光源速度恆定。當觀測者相對光源運動時，則測量到的光速就得遵循速度的向量疊加原理。

二是單位長度內再生光所需消耗的時間：介質作為次生光源，每個子次生光源產生的光傳遞到相鄰的子次生光源的速度也為真空中的速度，只是因為每次再生都需要消耗半個週期的時間，所以介質內部的光速才有所不同：介質密度或單位長度內的原子數量越多，光速越慢；頻率越高的光，單位長度內的再生次數越多，光速也會越慢。

四、對光的本質及光與介質相互作用規律的幾點共識

根據以上分析，我們可以形成如下幾點共識，並以此作為解釋與光有關的物理現象與實驗結果的依據和準則：

1、光是電場和磁場，會使帶電體改變運動速度或方向（簡稱：準則一）；

2、介質是由原子組成的，光會使原子中的電子（原子核暫忽略）改變運動狀態而使原子極化為電偶極子併產生電偶極子的電場和磁場。同時，入射光會很快消失（簡稱：準則二）；

3、光僅相對產生它的光源速度恆定，而相對光源運動的觀測者會測量到不同的光速，並遵循速度向量疊加原理（簡稱：準則三）；

4、介質在每次再生光的過程中會消耗半個週期的時間，所以介質內部的光速與介質密度和入射光主頻成負相關關係：密度越大、光速越小或頻率越高、光速越低（簡稱：準則四）。

我們只需利用以上這四條基本準則，就可以解釋所有與光有關的物理現象與實驗結果，敬請期待！