【牛津通識課．宇宙篇】光：傳遞訊息的使者

引言
第一章：光是什麼？
第二章：光線
第三章：波
第四章：波粒二象性
第五章：光物質
第六章：光、空間、時間
第七章：光的先端研究
第八章：量子光學
第九章：天光
延伸閱讀
 

引言

　　光，讓我們看見事物。這句再顯然不過的話是個起點，帶領人們踏上一條漫長而迷人的旅程。人們在這趟旅程中展開超卓的視野，不僅一窺自然世界的運作，更從中發展出各種現代科學依賴的工具和方法，啟發無數理論與實驗。

　　光承載了關於我們周遭環境的訊息，從遙遠的恆星與星系，到我們體內的細胞，甚至是單個原子與分子。許多提升生活品質的技術也以光為基礎：網際網路由光驅動；世界上最精準的時鐘依賴光；最微小的物體，從一個個原子到活的生物細胞，都能透過光來觀察與操縱；而與光息息相關的圖像和顯示器更是無所不在。此外，光揭示了全然陌生的量子世界，激發我們對世界的想像。或許你會感到訝異，因為我們真正理解光是什麼，其實還不到一百年。甚至現在，我們仍然在這其中尋找新的見解。

　　這本書梳理了人們理解光是什麼、光能做什麼的思考脈絡。這是一個很棒的故事，從古代開始，對光有貢獻的人來自全世界：雅典的歐幾里德和巴格達的哈桑（Al-Hazen）提出光線的概念；美國洛杉磯的泰德．梅曼（Ted Maiman）和日本德島的中村修二開發新的雷射器；巴黎的菲涅爾（Fresnel）和倫敦的湯瑪斯．楊格（Thomas Young）則是研究光的波動；亞伯丁的詹姆斯．克拉克．馬克士威（James Clerk Maxwell）與柏林的海因里希．赫茲（Heinrich Hertz）從前人的這些想法中，發展出電磁場的概念；而最後，伯恩的亞伯特．愛因斯坦（Albert Einstein）和劍橋的保羅．狄拉克（Paul Dirac）以全新的概念──量子場，解釋這些顯然互不相容的事實，證明光如何可能同時是粒子又是波。

　　每當對光有多一分的了解，就會帶來新應用，例如：基於對光的折射的理解，人類發明了矯正視力的眼鏡；你會發現，與光相關的技術，總是能在提出新的光學理論後就迅速被轉化應用。光對現代世界的影響力遠超乎我們想像，卻往往沒被察覺其重要性。為此，聯合國指定二○一五年為國際光之年，以頌揚光與因為光而實現的一切。

　　特此感謝Alex Walmsley和Latha Menon對本書初稿提出有用的指教，感謝同事們回答了許多具體技術的問題，以及提供本書圖表與插圖的人。愛因斯坦曾說：「事情應該盡可能簡單，但不是過於簡單。」若這本書中有任何違背上述原則的論述，或因此出現錯誤，必定是我的緣故。