[知識列車:光之旅 – 活動側寫] @恆毅中學:林清富教授分享『光的故事』

演講側寫:
時間:104年5月20日 14:10至16:00
地點:天主教恆毅中學活動中心
主講者:台大電機系林清富教授
演講側寫:高二信周懿哲(恆毅中學採訪編輯社)

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世界因有光而所不同,而光對人類而言更是不可或缺的生命要素,對整個地球的影響更是令人難以想像。為了讓學生們了解光的故事,來自台大的林清富教授特別來到恆毅中學進行科普演講,主題是「光的故事」,帶領學生探索光在生活中所帶來的奧妙。

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演講一開始即由林教授的幽默提問作為開場,帶入「光」最初被人類文獻所提到的紀錄,也就是《聖經》的創世紀一章。書中與光最有名的描述莫過於:「神說,要有光,於是事就這麼成了。」緊接著是有關「光」最早的研究,居然是來自中國的墨子在其所著述的《墨子》一書中的〈經說下〉的文章有提及:

 景:光至,景亡;若在,盡古息。 景:二光夾一光,一光者景也。
  景:光之人煦若射。 下者之人也高,高者之人也下。 足敝下光,故成景於上; 首敝上光,故成景於下。在遠近有端,與於光,故景障內也。
  景:日之光反燭人,則景在日與人之間。
  景:木柂,景短大。 木正,景長小。 大小於木,則景大於木。 非獨小也,遠近。

簡單來說,墨子的文獻大致提及了光與影子之間的關係,舉例來說,假如有一隻鳥在某樹,當牠飛到另一棵樹時,牠的影子也會跟著牠移動。還有像是鏡像反射的原理以及凸面和凹面鏡的反射規則等。實在令人難以想像在十幾世紀之前就有人研究出這樣驚人的成果呢!

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介紹完關於「光」的早期的故事後,接著說明人類歷史上一系列與「光」相關的研究,在教授的演講下,一路從西元10世紀左右的阿拉伯人—–海什木的光學研究,而他的著作《光學書》在之後的400年成為歐洲光學的標準教科書。然後我們在教授帶領下,來到歐洲文藝復興與啟蒙時代,而這之中則由牛頓的粒子說與惠更斯的波動說各成一派。

以波動說的方式解釋彩虹的顏色 (http://en.wikipedia.org/wiki/Light)

牛頓的粒子說認為光是由粒子或微粒組成的,遵守運動定律,並會因加速通過疏密不同的介質而折射;惠更斯的波動說則認為光是一種「波」,具有與聲波等相同的特性,如反射與折射,並且由於波並不受重力影響,他假設光會在進入高密度介質時減速。但波動理論的弱點在於波,類似於聲波,傳播需要介質。雖然曾有過發光以太的假想,但這也因為19世紀邁克生.莫雷的實驗陷入了強烈的質疑。牛頓推測光速在高密度下變高(而實際光速在高密度介質變低),惠更斯和其他人覺得正相反。但當時並沒有準確測量光速的條件。1802年,托馬斯.楊做實驗發現,當光波從較低密度介質移動進入較高密度介質之後,光波的波長會變短,他因此推論光波的運動速度會降低。但仍然無法對光有更好的解釋。WP_20150520_060

直到馬克士威的電磁方程式確立的光是一種電磁波,可說是波動說的勝利。但光電效應的發現以及愛因斯坦提出的光子概念又讓粒子說起此回生,依目前科學對對光了解揭示了光具有了光線、光粒子以及光波三種特性。

近代光電科技的進步:越來輕薄短小的螢幕(https://s-media-cache-ak0.pinimg.com/736x/ce/7d/a7/ce7da75e77f2671a7a37dad927d30a8a.jpg)

及至近代的一些光電理論,林清富教授表示,其實在日常生活中,與「光」的相關應用不只是一些燈管、燈泡一類,也包含了像電腦晶片、手機螢幕、光纖網路這些新科技。而所謂的光纖則是由英國的高錕爵士所完成,這對我們現代人的生活可是十分重要的一項發明。教授打趣地說,要是沒有他,我們的上網速度只能停留在原始人等級囉!看來,真的要好好感謝高錕爵士呢!其實光的應用在我們日常生活中是十分廣泛的一件事,不論是從常見的燈泡到相當厲害的光纖網路都是如此,最後教授分享了一些對台下年輕學子的期許,提出年輕有兩大特色:未來很多、經驗不多,但也因此有無窮的潛力,能夠創造一個嶄新的未來。

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