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。人們在從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。