走进《光学》 学习光学

葛惟昆

(清华大学物理系,北京 100084)

在人类历史上,光的重要和神奇是一个永恒的主题。没有光,我们不能认识世界;其实没有光,根本就没有这个世界,没有一切生命现象:因为“万物生长靠太阳”。按照大爆炸理论,在宇宙诞生的那最初的一瞬间,光与各种物质混杂在一起;在一段时间内,物质与辐射场搅和在一起,到某一时刻起,物质与辐射脱耦,各自相对独立演化。早期相互耦合的信息依然分别残留于两个场中。就是在原初的混沌,是个黑暗的宇宙,后来才有了光。巧合的是,《圣经》的创世纪里也说“上帝说有光,于是就有了光!”如果我们把上帝理解为大自然,这话也很有先验的智慧。

光是如此重要,又如此神秘,对光的认识和研究自然会是一门古老的科学,在物理学中也始终占据高位。爱因斯坦在青年时代就立志:“我将用我的余生思索光的本性”。而一直到晚年,他承认“对于什么是‘光量子’的思考已在我心中萦绕了50年,但是并没有使我接近答案。如今每个人都自以为知道答案,实际上他们那是自欺欺人。”关于光学的著作也因此层出不穷。译者张晓光教授和笔者曾先后师从北京大学物理系著名的光学专家杨霞荪教授。杨先生翻译的Max Born 和 Emil Wolf所编《Principlesofoptics:electromagnetic theoryofpropagation,interferenceanddiffraction oflight》[1]是一部经典的光学世界名著,是光学领域的奠基性教科书,它历经半个多世纪而长盛不衰,甚至被称为光学的“圣经”。顾名思义,这本经典著作是建立在电磁理论基础上的。从历史的观点来看,麦克斯韦方程组的建立,就给出了电磁波的结果,所以19世纪末的物理学家认为,从那时起,人们最终理解了光究竟是什么,即光是一种电磁波。……