同学们好，我利用这个机会，咱们这个课给大家讲光与电的传说专题。首先非常感谢饶毅老师和吴国盛老师，他们邀请我来给大家做讲座。这个报告的内容是关于光与电的人类探索、光与电的历史，从最远古的神话谈起。

我们知道光的传说在任何一个民族当中都是非常神奇的事情。那么光到底是怎么回事？人类历史我们是没有办法追踪的，因为光这样一个概念，第一次怎么产生的，为什么它给了这样一个名字，这些我们都没有办法追踪，但是我们可以通过历史的传说或者神话的方式来对人类认识光的历史有一个追踪。

比如在《圣经》里边的创世说就是犹太民族关于世界创世的传说，这里边关于光应该是这样，上帝创造了世界，第一件事情就是要有光，于是就有了光。所以在这个地方，这个民族中光是首先产生的。

我们来看一下我们中国的创世神话。中国的创世神话，我们这里边最早的，他应该是人类的鼻祖，或者他是一个巨人，是盘古。盘古他是沉睡当中，醒来之后就看到周围一片黑暗，他就试图站起来。这个站起来的过程当中，我们知道他把天和地分开，同时光明也产生。所以盘古开天地是为人类带来光明。

我们再来看看汉字里边光这样一个字的演化，这个光它汉字演化最早是有一个人试图站起来，站起来这个过程当中下边是一个人，上面一个火。我们想象光怎么是人头顶上长的一把火，事实上就是这个想象并不是很合适，他应该说就是盘古挣扎着站起来，所以把这个光明带到人类。你要看这个图，这个图的拓扑结构和盘古开天地的拓扑结构几乎是一模一样，是吧？你看下边这一个人是吧？几乎都是一件事情，所以汉字里边的光，它描述的就是盘古开天地这件事情带来了一个神秘的东西，那就是光。

光在人类世界当中，它是一件非常美好的事情。有光我们看到旭日东升，这张照片很漂亮，旭日东升的景象。这个应该是云海，是吧？在山上拍到的云海，这个是太阳。这个是海上，应该是夕阳，太阳要下去了，这是一个海上的景象。这个是草原上，绿草，大地，蓝天白云，然后太阳。这个是森林里边，阳光进来，它的色彩让人觉得更神奇，是吧？另外一种梦幻的色彩。这个，我不知道这是真的还是ps过来的，把光的效果表现得非常的好，是吧？这些它告诉我们光确实是非常的美妙，非常的神奇，远古的人类对它非常的崇拜，然后也不知道它是怎么回事。所以光是好的，光是非常美好的事情。

我们再来看，光是什么？人类在试图摸索，这样的一个答案。早期的是几何光学，就是人类大概在一两千年前开始，就对光有认识。最早，有的时候人们认为光是我眼睛射出一个东西，然后它再回射到我的眼睛里边，这是最早对光的一种认识。那就是光只和自己有关系，自己闭上眼睛就不射出去，外边就没光，后来发现这种认识并不对。后来就发现光它的传播，它是外边有东西，走过来打到我们的眼睛上。然后我们知道这个过程当中，光的传播是直线传播。人们知道这样的一个性质，然后它打到一些物体上可以反射，这样我们就知道有镜子。在一些情况下，比如水里边，我们看水里边东西，我们发现不是原来那个样子，有变形，是吧？这样就知道光还有折射。另外这个成像，我们从我们远古的中国的记载当中就知道，如果是一片黑屏，上面有个小黑洞，这边后边也黑的，放了一块幕，可以把外边的图像影射过来，所以我们知道可能有人玩过最早的照相机的时候，那么成像原理远古时的人们早就知道。这是从几何的角度。我们中学里边最早学的大家关于光的这些知识，就是这个，人类对它的了解有一两千年的历史。

另外光是什么？试图把光做分解，因为知道光有不同的颜色，所以人们就试图做分解。那么有一件伟大的事情是谁做的？就是首先我们有显微镜和望远镜这一类东西，利用光的几何原理，通过显微镜可以认识微观世界，通过望远镜认识宏观世界。我刚才说对光的认识当中一件伟大的事情就是牛顿做了光的分解，他就是用三棱镜。这个是玻璃的三棱镜，太阳光打上来之后，他发现一件非常神奇的事情，太阳光是白光，打过来之后，它在不同折射情况下就出现了赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫，是吧？就这样的一个，就是有光的分解。那么牛顿的发现其实非常重要，他第一次发现这个光是可以分解的。这个光的分解到底是三棱镜的性质，还是光的性质？所以他采取另外一种方式就是在这个地方，不是有各种颜色吗，我让一种颜色过来，然后再对它做分解，看看会是什么情况。在分解的过程当中发现它已经不能再分解，所以它这个性质不是三棱镜的原因造成的，而是光本身可以做分解。这件事情对光本身它的性质的理解非常地有帮助。从科学上就是彩虹的原理，它可以告诉我们这是彩虹的原理，而且还帮助我们实现了在一个房间里边怎么喷雾，怎么光线打过去，可以帮着你看到彩虹。

那么这件事情出来之后科学家非常地高兴，但是诗人和艺术家们非常地失望。这个是在海顿家的一次晚宴上，海顿我们知道是一位伟大的音乐家。济慈是位诗人，认为要为牛顿的记忆的混乱而干杯，因为他葬送了彩虹的诗，把彩虹的美给破坏了。彩虹本来是很神奇的，人类觉得这是件非常美好的，可能是上帝送来的礼物，结果他说那是因为三棱镜的原理，任何地方我们都可以实现彩虹，所以他是非常的失望。还有悲哀的，是吧？劳伦斯我们知道他是一个作家，他写的什么《儿子与情人》，是吧？还有《查泰莱夫人的情人》之类的这样的一个作家，是吧？他在悲叹，“‘知识’杀死了太阳，使它成为一个带有黑点的气球；‘知识’杀死了月亮……”。那些古希腊的神，比如阿波罗太阳神等等这些，什么月亮女神等等，还有那些神，他们那些殿堂消失了，这是悲哀的。当然还有愤怒地大骂的，那是谁？我这个地方就不讲，你们可以去查查，一定能找到这样的人，在那里就是跺着脚大骂牛顿是个混蛋怎么怎么着。

我们来看一下，从科学的角度来讲光的本质。虽然刚才一个几何性质、一个光的分解对我们认识光非常的重要，但是光的本质到底是什么？还是经过了很多年的探索。刚开始的时候牛顿认为它是一个粒子，它走直线，一个一个粒子过来。然后惠更斯说它不是粒子，它是波，就像水面上那些波传动似的，用这种方式。我们知道就是1801年托马斯·杨，他用光的干涉实验，就是说，我让两个地方的光分别走两条不同的路，然后再让它碰在一起，发现出现彩色的条纹，这样证明这个光它是有波的性质。然后菲涅耳是光的衍射实验，光的衍射实验是光我这么打过去，这么打过去之后，我给它挡住，前面一条挡住之后，它肯定后边啥都没有，它走直线。但是我这地方如果是一个圆，我打到这上面之后，我就发现后边正好还有一个亮点，那就说明光可以绕过直接障碍物，在后边也形成光线，这是光的衍射现象。这样他们这两个等于被认为彻底粉碎了牛顿的微粒说，使波动说成为了这个时代，应该是19世纪，是关于光的本质的正统学说。我们知道后来，我后边还给大家讲，赫兹在实验室证明了电磁波的存在，而且是光是电磁波当中的一种。这样更证明了光是电磁波。但是历史非常有意思。1905年的时候，爱因斯坦用光是粒子这种学说解释光电效应，是一种新的物理学的发现。这个效应，不可能用光是波动来解释的。所以到了今天，我们的结论是光又是粒子，又是波；又不是粒子，又不是波，它是具有波粒二象性。所以这是今天的正统的学说，光是具有波粒二象性这样的本质。

我们下面再来看一下，这个是光，下边是电。这个电今天你要问大家什么是电？大家很明白，电线是传电的。我这个激光笔能够用，因为里边有电池，是吧？然后我们这个手机这里边有电，笔记本里边也有电，摄像机里边这些都有电，是吧？那么它用的要么是电源，要么是电池。但是我们想象在古代的时候，我们的祖先他们并没有这些电池，他们也没有这些电线，那个时候电在哪？想象一下。在历史的传说当中，电的传说是这样，最早的传说他认为是盘古发出来的声音，它是叫雷电，他的呼吸只是风和雨，然后他发出了比较大的声音才是雷电。电的传说，在我们古代的神话当中也有，经常看到这个电影上是吧？那些神话故事，电这个叫雷公、电母，然后雷公在那哗哗哗敲锣打鼓的，然后还有人拿着伞在那罩着的是吧？这是电母对吧？这个电事实上就是这个电，它是下雨的时候的闪电。

你看，这应该是一个桥上，海上的闪电，雷电过程。这是在城市里边，你看闪电的类型，有的时候在北京我们也能见到这种景色。我记得是今年春天，好像雷电就特别的多。这个是小岛上的雷电，这个是草原上的雷电，这个是岩石上的雷电，这个我不知道是不是真的，我觉得应该是真的。这些雷电告诉我们，雷电就是闪电是自然界的事情。这个传说当中雷公、电母，然后古希腊里边宙斯，等等，这都是雷电的原因。

但是我们今天知道，如果这是高压电，在它周围会出现这种现象，这个现象和今天的雷电非常类似。所以我们今天的人不会怀疑，就是我们生活当中的电，它的某种表现就是闪电，是和闪电有关系的，或者说闪电是自然界当中的电的一种表现。

我们再来看一下电这样的一个写法。这是中国古代的“电”字的写法，这是一种。另外一种，你看这个地方，它就是一个闪电，下雨的天气当中有一个闪电，这就是我们最早的文字“电”。所以中文当中“电闪雷鸣”，闪电与今天的电荷的电是同一个字，但是我们知道今天的电荷很多地方是人类造出来的。那么英文当中闪电是thunderstorm，是吧？然后这个电是electricity，和这个根本没有任何的相同的词根，对不对？

那么我们现在生活当中的电怎么来的？我们要回答这样的一个问题，就是人类认识电、控制电、产生电的这样一个过程是如何产生的。那么我们就要看英文当中的electricity的这个词是怎么来的。其实电在人类最早的就是摩擦起电。因为远古的时候，那个时候人找到一个漂亮的东西就非常地喜欢。比如说碰到一个琥珀，那里边这个是看着很透明，里边还有一个小虫子，真漂亮，谁把这个小虫子放到里边去的，是吧？然后他们就奉为至宝，天天擦来擦去，结果发现一件事情，越擦它越脏，越擦它上面覆盖的灰尘越多，不知道怎么回事。这件事情我们知道今天叫摩擦起电，如果你的笔是塑料的，你在头上蹭一蹭，你用它在下边吸一吸，那小纸屑都可以吸过来。然后比如说气球拿到头上蹭一蹭，墙上一贴就贴上去。这些生活小常识告诉我们就是摩擦起电，就这么起电的。这个人类最早认识电实际上是这样的一个过程。

比如说我们这种现象——摩擦起电，中国古代有发现、有记载。然后古希腊就是西方的传统当中也有记载，他们都记载了这件事情。其实electricity，它是从希腊字的琥珀这个字演化过来的，就是我说的琥珀起电，摩擦的时候起电这件事情。它和我们中文的“电”是下雨的时候闪电，来源并不一样。但是我们来看一下他们认识过程产生了什么？首先人们发现不仅是皮毛，就是塑料在皮毛上摩擦，而且有些东西，比如说一个叫硫黄，就是球或者棒在丝绸上摩擦，会产生大量的起电现象。过去大家会问，最早的摩擦起电机就是德国的一个叫盖里克的人于1663年发明的。它有明确的记载，因为它可以表演这种艺术效果：一个人充了电之后头发就给这个起来了，然后那个地方它摩擦起电，一个人在那站着，再跑到别的那个地方头发就起来了。这种现象可以说很好玩，是吧？可以吓唬吓唬别人，是吧？所以电在刚开始就是件好玩的事情。

那么偶然有一个机会，当时产生的电就是需要电了，需要吓唬人了，赶快摩擦起电，摩擦完之后再带出去再去唬人，是吧？这个过程还挺费劲的，所以大家就在想摩擦出来这个电能不能存起来，就像水似的给存起来。所以一个非常自然的想法，我就类似盛水似的，我能不能把电盛到水里边去。也是一个偶然的机会，如果这里边有一个铁线，然后外边有一个金属把它包着，偶然就有人在这样过程当中被电了一下，他就觉得这件事情——被电了一下，说明这个过程电给存起来了。他就试图比如说这样的一个过程，这是一个瓶子，这边是一些金属片，外边，里边用一个金属棒，摩擦起电的时候，金属棒是和摩擦起电那地方接在一起的，发现这个过程可以把电存起来。这个我们学理科的同学知道，这是我们今天电容的原理，就是两个金属片，然后把它就是中间稍微搁在一起就可以起到存电的作用，在电子元器件当中也是非常重要的，电的储存刚开始是这么进行。这样储存了之后比较好，就是想玩一玩，想吓唬人，可以随意，就想拿到这个地方去表演一下。刚才这是莱顿瓶被发明的经历，它成为一个工具。最有名的一个表演是这样：莱顿瓶，据说是用了700个教士，还把他们法国的国王给请来，是路易多少我也记不住。然后这些教士一个一个的手拉手，然后这边是拿着一个莱顿瓶，拉完了之后，那个人说我碰一下莱顿瓶的上面，结果一下子所有的人就像我们今天说的触了电似的，当时就是蹦起来、跳起来了，觉得怎么突然间像灵魂出去了这种感觉。所有的人一起都这么表现，这件事情还是非常让人震惊的，所以那个电的威力和它的伟大，这一下子在法国、在欧洲就风靡起来了。

然后有些人拿着这个东西到处去表演，有人去到美国去表演，就吸引住一个人叫本杰明·富兰克林，我们知道这个人不止是科学家，还是政治家，是吧？在美国《独立宣言》上面好像有他的签名对吧？这么一个人。他就觉得这件事情太好玩了，这个电这么有意思，他就试图来研究电。他在研究过程当中，他发现首先这个电，他发现不是一种，它有两种，有正电和负电，两种不同的电，还发现电荷是守恒的，电不能被消灭，它要么传出去，跑到另外的地方去。他还做了一件事情，非常冒险的事情，就是放风筝，用金属带上去，把天上云里边电给引下来，是吧？我们知道这件事情实际上风险很大，它这件事情就相当于我们中国古人的发现电和琥珀摩擦起电那个电是一种东西。他做了这样的一件事情，当然他是比较有运气的，据说俄国人有一个人做这个实验就被电死了。

他还发明了避雷针，对吧？避雷针，我们知道放风筝把电给取下来，闪电和摩擦起电是一样的。避雷针有一个金属，通过放到建筑上面，它就可以给闪电找一条快捷的路线，让它通过这种方式传到地下，可以避免被雷击。这个现象其实在中国古代很早就有记载，而且被记载下来了，汉朝的时候，汉朝不知道哪位同学历史好，是多少年，公元多少年？公元200多年是吧？还之前是吧？你就看我们那时候就有避雷针，比西方的文明还早得多。然后1688年的时候，也开始有真正的在建筑上使用，外国人就记载下来的避雷针。