今天，我們來聊聊光。

讓我們先回到公元1015年，這個歷史上重要的年份。那一年，伊本·海賽姆發(fā)表了劃時代的光學著作——《光學之書》。

這位偉大的穆斯林科學家在那個“上古”年代便率先提出許多關(guān)于光的認知，比如：

人能看到東西，是由于物體上的光線反射并進入眼睛。

要知道，當時的普遍理解是，光線從人的眼睛中發(fā)出，碰到物體了，于是就看到了。

伊本·海賽姆是徹底推翻希臘光學理論的第一人。他不僅解釋了關(guān)于視覺的客觀事實，還建立了可靠的視覺理論，從而結(jié)束圍繞著視覺產(chǎn)生的爭論。

他融合了數(shù)學、生理學與醫(yī)學知識，創(chuàng)立了全新的光學理論，制定出被科學認同的目標和標準。

人類的“光之時代”，就此展開。

  一千年后，也就是2015年，為了紀念這位宗師級人物，以及千年來光對于人類文明的巨大推動，聯(lián)合國將該年定為“光和光基技術(shù)國際年”。
不僅如此，聯(lián)合國還將每年的5月16日定為“國際光日”——1960年的這一天，人類第一次成功產(chǎn)生激光。

對生命、對人類而言，光實在太重要了。

5億年前，為了追尋光，生物逐漸進化出了眼睛：

從最初只有趨光性的感光細胞，到能夠辨別方向、辨別物體形狀的眼腔，再到復雜的現(xiàn)代眼睛，以及一整套視覺神經(jīng)和中樞神經(jīng)。

有了眼睛，生物能夠更好地生存，探索更廣闊的世界。于是光照之處，生生不息。

100萬年前，人類學會使用火。第一次，人類把光握在了手中。這也預示著，人類這個物種必將登上生物之巔。

2500年前，魯國人墨子完成了世界上第一個小孔成像的實驗，并研究了光與影的關(guān)系、物體本影與副影的問題等等，比伊本·海賽姆早了一千多年。

可見，對光的系統(tǒng)性觀察和思考，中國并不比西方晚。

然而，光學沒有在中國誕生。

一種可能是：雖然古代中國有發(fā)達的造紙、陶瓷等工藝，卻唯獨缺少了玻璃這一最重要的光學材料。

17世紀，威尼斯和德國是全球玻璃工藝的中心，歐洲人對于光的認知和應用有了突飛猛進的發(fā)展。
彼時，幾何光學誕生，人類能夠計算光的折射和反射，牛頓完成了著名的三菱鏡色散實驗。
于是，顯微鏡、望遠鏡、照相機應運而生，人類終于能看得更遠、看得更細微。

相機的雛形：16世紀的暗箱，最早被畫家用于作畫
19世紀，人類對光的理解再上一層臺階：光的波動性被證明。
隨后，麥克斯韋在《電磁學通論》中系統(tǒng)總結(jié)了過往幾代探索，優(yōu)化了方程，建立起完整的電磁學理論。
他還提出，空間中存在電磁波，而光是電磁波的一種形式。
得益于電磁學的完善，有了無線電，遍布全球的人類個體開始被看不見的光聯(lián)結(jié)在一起。
得益于電磁學的完善，有了電，第二次工業(yè)革命爆發(fā)。

但到了20世紀初，光的波動說在解釋“光電效應”時遇到了bug，它無法解釋這一問題。

愛因斯坦在前人的基礎(chǔ)上，提出了光子假說，幫助人類完善了對光的理解：
原來，光有“雙重性格”，它不僅是波，也具有粒子性。
光的波粒二象性讓科學家不禁思考，是不是所有微觀粒子，比如電子、中子，都具有波粒二象性？
著名的電子雙縫干涉實驗發(fā)現(xiàn)：人類不觀察電子穿縫過程時，電子成波狀；一旦人類用儀器觀察，電子就“老老實實”地變成粒子狀投射。
借由光的波粒二象性引出了“波函數(shù)坍縮”，即上文描述的實驗現(xiàn)象，人類開始邁入感官完全無法理解的量子世界，一系列令全球科學家“毀三觀”的事實和推測出現(xiàn)了。
量子力學開始讓人類意識到，世界是不確定的。
一方面，科學家們還在努力攀爬物理學最后的高峰，試圖獲得峰頂那把“萬能理論鑰匙”。
正如霍金所說：在謹慎樂觀的基礎(chǔ)上，我仍然相信，我們可能已經(jīng)接近于探索自然的終極定律的終點。
另一方面，無論科學家們最終成功與否，至少在常人所及的商業(yè)世界，量子力學的發(fā)展讓半導體理論的框架構(gòu)建有法可依。

回望過去千年、尤其是最近三百年對光的研究，我們可以這么說：人類對光的認知每加深一分，文明就前進一大步：

對光的波動性認知，催生了麥克斯韋的《電磁學通論》。

它推動了第二次工業(yè)革命，并與牛頓的《自然哲學的數(shù)學原理》、達爾文的《物種起源》一道，共同構(gòu)成整個人類現(xiàn)代文明的基石。

對光的粒子性認知，催生了愛因斯坦的光子假說。

它打開了人類探索微觀世界的大門，推動量子力學發(fā)展。量子力學不僅是現(xiàn)代物理學的兩大支柱之一，也是第三次科技革命的基石。

在此過程中，全球通信、傳媒、醫(yī)學、航空航天等產(chǎn)業(yè)相應誕生，普惠眾生。

那么，光究竟是如何產(chǎn)生的呢？我們可以這樣理解：

電子圍繞原子核做高速運動，占據(jù)著特定的軌道。即使離開起始軌道，也只能朝更高或更低的特定軌道移動。

這就好比人走樓梯，每次只能向上或向下跨越一級或兩級臺階，但不能走一級半臺階。

當有能量注入原子中，比如與其它原子發(fā)生碰撞，吸收了能量的電子就會發(fā)生躍遷，跳上多級臺階，到達更高的軌道。

當電子回落到它的起始軌道時，就會以光波包的形式把額外的能量釋放出來——這份光波包就是光子。

因此，光是電磁波、是粒子，本質(zhì)上也是能量。光的能量大小只與頻率有關(guān)——頻率越高、波長越短的光，能量越高。

按照頻率或波長，我們可以把光分為無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和伽馬射線七種類型。可見光只是光譜中很小的一部分。

光孕育了生命。然而如果對光“照單全收”的話，生命很有可能不會誕生。

宇宙中有強烈的伽馬射線、X射線和短波紫外線，這些光的波長與原子核、原子和分子尺寸相當，會摧毀細胞核和細胞。

尤其是能量極高的伽馬射線，堪稱最危險的“太空武器”：打破DNA、殺死生命。所以也在醫(yī)學中用于腫瘤治療。

得益于大氣層的保護，我們接觸到的日光中，約52%為可見光，42%為紅外線，6%為中長波紫外線。

但即使是生活中常見的自然光、人造光源，如果不加以控制，也會有很多副作用。

就拿眼睛來說。眼球中的晶狀體相當于凸透鏡，光線射入后，在眼球底部的視網(wǎng)膜形成圖像。這就是眼睛成像的基本原理。

如果光強過強，就會灼傷視網(wǎng)膜。比如夜間被遠光燈照射眼睛，或是在沒有防護的情況下，在大量反射陽光的雪地停留過久。輕則不適，重則視力削弱，甚至失明。

此外，夜間各類電子屏幕發(fā)出的短波高頻藍光，會讓身體誤以為白天已經(jīng)開始。所以許多人的失眠問題，也許是光害的。

今天，所有國家都在努力減少碳排放。其中來自建筑的碳排放是亟待解決的大問題。
據(jù)建筑網(wǎng)站ArchDaily數(shù)據(jù)，建筑物所排放的溫室氣體占全球與能源相關(guān)排放量的33%，這使它成為全球最大的單一排放單位。
盡管人類正在努力降低每平方米建筑環(huán)境的能源強度（每年下降1.5%) ，但全球建筑面積的增長率（每年增長2.3%） 超過了這一速度。
看細項的話，建筑碳排放除了來自施工時的鋼筋水泥，還來自后續(xù)的制冷、取暖及照明——這部分的能耗，與對太陽光的有效利用息息相關(guān)。
因為，一方面，現(xiàn)代建筑大量采用玻璃作為外立面，以改善采光、提升設(shè)計感：據(jù)統(tǒng)計，僅在中國就有超過30億平米的玻璃幕墻，每年新建幕墻約為9000萬平方米。
另一方面，日光中攜帶熱量的主要是紅外線，其無法被普通玻璃遮蔽。而如果采用窗簾等物體進行阻擋，熱量是下降了，但同時也大大降低了自然采光，于是需要增加室內(nèi)照明進行補償——能耗還是上去了。
如果存在“聰明”的玻璃或光學材料，智能調(diào)節(jié)對陽光中“光”和“熱”的獲取與利用，就能夠大量節(jié)約建筑內(nèi)用于照明和制冷的能耗。
在歐美，這樣的材料已開始普及，并應用于商業(yè)和公共建筑、汽車和飛機舷窗。

在眾多的智能光學材料中，電致變色其中是最有潛力實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化和應用的技術(shù)。
這種技術(shù)能讓材料在外加電場的作用下發(fā)生穩(wěn)定、可逆的顏色變化，從而調(diào)節(jié)材料對光的反射率、透過率、吸收率等。
在它的幫助下，玻璃內(nèi)外的光線與熱量將變得可控。
光羿科技是云時投資的早期項目，也是全球電致變色領(lǐng)域的領(lǐng)軍者。
光羿自主研發(fā)了柔性全固態(tài)電致變色薄膜，已可用于汽車的防眩目后視鏡和滑雪鏡。
不久的將來，光羿將助力全球首款搭載電致變色天窗的量產(chǎn)車上市，讓“涼爽的”光線觸手可及。
如果說20世紀是電的時代，21世紀就是光的紀元。
中國正在努力攻克的35項卡脖子技術(shù)中，約1/5與光技術(shù)有關(guān)，包括光刻機、激光雷達、手機射頻器件等。
在未來，隨著摩爾定律趨近極限，全球智能物聯(lián)網(wǎng)對計算和傳輸?shù)臉O大要求，硅光芯片、光量子計算將成為第二次信息技術(shù)變革的關(guān)鍵。
由于全球?qū)η鍧嵞茉吹男枨�，激光核聚變也有望成為補充太陽能的、最高效能源之一。
更不用說深空通信和太空技術(shù)，人類依靠光探尋外星生命，開拓星系文明。
站在今天，當我們回望20多億年前地球上第一次出現(xiàn)光合作用，5億多年前生物第一次進化出感光細胞，會感嘆，如果世上存在光之神，我們再怎么贊美他、感謝他都不為過。
以光為刃，人類展開全新的宏觀和微觀世界；以光為媒，我們連接70億同胞、機器與遙遠的太空。
歡迎來到光的時代。

參考資料及延伸閱讀：

《超越視覺》，金伯莉·阿坎德，梅甘·瓦茨克著

《現(xiàn)代玻璃材料科學之父：奧托·肖特》，吳限著

《迷人的材料》，馬克·米奧多尼克著

《上帝擲骰子嗎》，曹天元著

《全球科技通史》，吳軍著

文中圖片來自國際光日官網(wǎng)、Wikipedia及光羿科技。