光学发展与社会进步

光学是物理学中古老的学科，又是当前科学研究中最活跃的学科之一，推动着人类对自然的认知和人类社会的进步。

联合国教科文组织宣布2015年为“光和光基技术国际年”(简称国际光年)，以纪念千年人类在光领域的重大发现。光科学及其应用带来了直接改变人类活动的革命性的技术，但是，这些重要的技术进步却常常未能吸引人们的关注。国际光年是推进光和光基技术进步、深化国际光学领域合作、促进光学学术交流、普及光学民众教育的一次重要契机，成为在国际光学工程领域产生广泛深远影响的一年。

 2015 国际光年

2018年5月16日，确定每年的这一天为国际光日，以纪念1961年这一天的红宝石激光诞生。光日的四大理念在于：1. 光在人类活动最基本的层面发挥了最核心的作用。光是生命本身的起源，比如光合作用，没有光合作用人类将无法生存。2. 以光为基础的工业是主要经济驱动力，光的许多应用通过医学、通信、娱乐和文化彻底改变了社会。例如，光基技术通讯提供信息促进可持续发展，提高社会健康和福祉，直接影响人类的需求。3. 以光为基础的技术越来越多的为全球挑战提供解决方案，包括太阳能利用，特别是能源、教育、农业和公共卫生等领域，应用光基技术改善发展中国家的生活质量是实现可持续发展重要目标的关键。4. 随着光成为21世纪科学与工程交叉的关键学科，全世界已经充分认识到光学研究的重要性，以及光基技术对全球发展的重要性。同样重要的是，最聪明的年轻人继续被这个领域的科学和工程事业所吸引。

二、光的认知历程

光的认知过程可简单划分为两个阶段，17世纪以前的直观体验阶段和17世纪以后的科学认知阶段。

中国人在直观体验的感性认知上是很有创造力的。公元前400 年，墨子用很美的词句来描述了光的直线传播和小孔成像，这是最早的小孔成像技术记载。“景，光之人，煦若射，下者之人也高；高者之人也下，足蔽下光，故成景于上，首蔽上光，故成景于下……”。指出了小孔成倒像的根本原因是光的“煦若射”，以“射”来比喻光线径直向、疾速似箭远的特征。西汉时期记载，我们的祖先将冰削成球状，对着太阳，在太阳的“影子”位置点燃艾草生火。这是世界上最早的光的聚焦和对太阳能利用的范例。公元500年左右，唐朝记载光是有颜色的，且颜色是光照到雨滴上产生，是光的本质而不是雨滴的性质。古人很早就提出了这个概念，但很遗憾并没有进一步从数学角度对这些光学现象进行描述，进入17 世纪我国在光学领域的发展与世界水平逐渐有了差距。

17世纪光学在欧洲诞生了，欧洲成为了当时光学研究的前沿阵地。几何光学和波动光学，从数学和科学的角度描述了光。几何光学阐述了光的直线传播、反射、折射等，波动光学阐述了光是一种电磁波，光学研究进入了科学认知的历程。科学认知即光的科学，需要了解光的本性是什么、光是怎么产生的、怎么传播的，以及与物质的相互作用，甚至通过物质的相互作用怎么去调控光，这些也正是光科学研究主要内容。

几何光学是光学发展史上的转折点，在这个时期建立了光的反射定律和折射定律，奠定了几何光学的基础。其中最重要的是光的折射定律，折射率决定了光的传播和光的相互作用，是光学研究中最基本的数值，介电常数与极化率等都是与折射率紧密关联的常数。折射定律的出现和应用奠定了光纤通讯的基础。折射定律在人类生活中也经常被发现，比如海市蜃楼的现象。当光线在同一密度的均匀介质内传播时，光的速度不变并且以直线方向前进。可是当光线倾斜地由一个介质进入另一密度不同的介质时，光的速度就会发生改变，行进的方向也发生曲折，这是因为折射率的不同决定了光的传播的角度不同。假如在地平线下有一艘轮船，一般情况下是看不到它的。如果在冰冷的海面上，下层空气温度低、密度大，上层空气温度高、密度小。由于这时空气下密上稀的差异较大，来自船舶的光线先由密的气层逐渐折射进入稀的气层，由于折射率的连续变化，光线发生弯曲，又折回到下层密的气层中来，最后投入我们的眼中，就能看到轮船的像，即海市蜃楼的显现。在沙漠里看到虚幻的树木水源，也是同样的原理。利用折射定律可以解释生活中很多的科学问题和应用问题。我们在科研实验中诞生的大的光学仪器也离不开折射原理的应用，照相机，望远镜等接连出现。随着透镜的发展，更进一步促进了几何光学的发展。透镜与物体之间的距离改变时成像会有不同，透镜的组合还会增加放大倍率，从而实现了显微镜放大成像，人们可以看清楚微小的物体，这些对人类社会发展的影响非常大。