香港学者卢绍康编著的《奇妙的光》涉及的范围，涵盖了上述光学的全部内容。此书与当前中学和大学的光学教科书有所不同——《奇妙的光》并不详细讲解光学的理论和实验方法，而将侧重点放在介绍科学家探索光的本质、认识光的规律的过程。为此，作者收集和发掘了很多不同历史时期的科学家在探索光的奥妙的过程中表现出来的坚韧精神和动人的故事。阅读这本书，读者能体会到科学家在揭示光的客观规律时的心路历程，这将是一个饶有兴趣的悦读过程。

光对人类的生存和发展是至关重要的。自古以来人们一直在关注光、研究光和利用光，并逐渐加深对光的认识。《奇妙的光》首先介绍了光对于地球上生命的产生和文明社会形成所起的重要作用。介绍了人们依据几何光学的原理发明了望远镜和显微镜，使我们更清楚地了解宏观世界和微观世界。本书介绍了光的粒子说、波动说和波粒二象性的发展过程，介绍了爱因斯坦对现代光学的种种贡献。《奇妙的光》还介绍了不同历史时期的科学家探索光的过程。

作者（卢绍康）最后提出几个减少二氧化碳排放的方案和一个综合方案，利用太阳光缓解当下全球大气变暖和人类对粮食需求日益增加两大严峻问题。

序言

前言

第一章 光造就了地球上的生命和文明

第一节 海水中引发的光合作用

第二节 臭氧层保护了陆地上的生物

第三节 火的利用促进了人类文明的进程

第四节 光使人类认识了所在的世界

第二章 古代和中世纪对光的探索

第一节 是光线还是视线

第二节 中国古代对镜面反射的研究

第三节 中国古代对小孔成像的研究和应用

第四节 中世纪光学的发展

第三章 几何光学的发展和应用

第一节 谁发明了眼镜

第二节 带我们进入微观世界的显微镜

第三节 望远镜的发明和改进

第四节 几何光学的发展

第四章 光的波动性和粒子性

第一节 光的粒子性

第二节 光的波动性

第三节 波动说和粒子说的争论

第四节 波动光学的复兴和确立

第五章 光是一种电磁波

第一节 法拉第和韦伯发现光和电磁有关

第二节 麦克斯韦预言光是一种电磁波

第三节 学术界怀疑麦克斯韦的电磁理论

第四节 赫兹使学术界接受了电磁理论

第六章 光的分解和光谱

第一节 牛顿的三棱镜分光实验

第二节 太阳光谱中的暗线

第三节 光谱化学分析法

第四节 现代天体光谱分析

第七章 光传播的速度

第一节 光的传播是否需要时间

第二节 天文观察法测定光速

第三节 地面仪器测定光速

第四节 现代地面仪器测定光速

第八章 光的波粒二象性

第一节 光的波动学说的危机

第二节 光电效应要求理论上有所突破

第三节 量子概念的提出

第四节 爱因斯坦以光量子解释光电效应-

第五节 光和物质的波粒二象性

第九章 光速不变与狭义相对论

第一节 尺缩效应和洛伦兹变换

第二节 狭义相对论的创立

第三节 质能转换公式

第四节 三个与相对论有关的科学巨人

第十章 引力场对光的影响

第一节 广义相对论的创立

第二节 光在引力场中会发生偏移

第三节 光在引力场中会发生引力红移

第四节 相对论的意义

第十一章 激光及其广泛的用途

第一节 激光研发的历史

第二节 产生激光的原理

第三节 激光的特点

第四节 激光和光纤通信

第五节 激光的广泛应用

第十二章 利用太阳光解决全球变暖之危机

第一节 全球变暖的状况及危害

第二节 全球变暖的原因

第三节 二氧化碳的性质和应用

第四节 利用太阳光解决全球变暖之危机

第五节 利用太阳光缓解全球变暖及粮食短缺问题

附录1 地质年代和生物的发展

附录2 火灾的分类

附录3 一种燃煤发电厂废气处理二氧化碳分离和综合利用装置

第二节臭氧层保护了陆地上的生物

射到地球上的太阳光由红外线、可见光和紫外线三部分组成。红外线给我们带来热量，可见光带给我们光明，同时可见光使植物的叶绿素发生光合作用，造成了一个生机勃勃的世界。

紫外线的波长为100—400纳米(nm)，可将紫外线按波长的不同分成四个波段：真空紫外线、短波紫外线、中波紫外线和长波紫外线。不同波段的紫外线对人体和生物有不同的作用，真空紫外线(UVD)的波长为100—200nm。短波紫外线(UVC)的波长为200—280nm，能穿透生物的细胞膜，引起DNA链的断裂，使细胞损害，生物细胞中的DNA和核蛋白吸收紫外线的峰值为254—257nm，正好在短波紫外线的波段内。中波紫外线(UVB)的波长为280—320nm，对人体皮肤有一定的生理作用，长时间的照射会引起皮肤红肿、炎症、水泡等症状，甚至会引起皮肤癌。长波紫外线(UVA)的波长为320-400nm，穿透性较强，会引起皮肤变黑。由此可见短波紫外线会严重损害人体和生物的生存，而长波紫外线对生物的损伤则很轻微。

要是太阳光的紫外线，特别是短波紫外线，毫无阻挡地射到地球，那么地面上的人和各种生物都无法生存。幸好地球的上空有一层臭氧层能够吸收大部分的紫外线，特别是臭氧层能有效地吸收波长为300m以下的紫外线，包括了真空紫外线、短波紫外线全部波段和中波紫外线一半波段。这样才使地面上的人和各种生物免遭紫外线的伤害，地球才成了各种生物生长繁衍的乐园。

臭氧层能有效地吸收紫外线，有趣的是地球的上空臭氧层的形成也是与紫外线的照射有着直接的关系。上一节提到大气中的氧气分子受到太阳光中紫外线的照射会分解成原子状态，氧原子具有很强的氧化能力，能将一氧化碳氧化成二氧化碳；能与甲烷化学反应生成二氧化碳和水；能与氨气化学反应生成氮气和水。同样，氧原子(O)在遇到氧气分子(02)时也会和氧气分子发生化学反应生成臭氧(03)。由于臭氧的密度比氧气大，臭氧形成后就会慢慢下落。同时由于臭氧是一种不稳定的化合物，在臭氧下落的过程中，受到长波紫外线的照射，又会还原成氧气分子并放出一个氧原子。这样，在大气层较高的位置氧气分子和氧原子结合形成臭氧，在大气层较低的位置臭氧又还原成氧气分子和氧原子。久而久之，这种氧气与臭氧在地球上空20一50千米高度的相互转换达到了动态平衡，最后在离地面大约25—30千米的上平流层中臭氧含量最高，形成了富含臭氧的球层，称为臭氧层。

地球上空的臭氧层是大气中的氧气达到一定浓度后受到紫外线的照射分解才形成的。在地球上空的臭氧层形成之前，紫外线能直接照射到地表和海面。由于海水有吸收紫外线的功能，对海水中的生物有保护作用，因此在海洋中首先出现藻类和各种无脊椎动物，而陆地上由于受到紫外线的直接照射，生物无法生存，要等到地球上空的臭氧层形成后才可能出现和发展。这是造成陆地上生物的出现和发展要比海水中迟得多的一个原因。

臭氧层不但能够吸收大部分的紫外线，特别是短波紫外线，使地面上的人和各种生物免遭紫外线的伤害，同时由于在地球大气层中的平流层形成了臭氧层，平流层高度的变化对于大气的温度结构、大气循环、地球上气候和气温的变化都产生直接或间接的影响。可见臭氧层不但保护了我们，而且与日常天气的变化也息息相关。

第三节火的利用促进了

人类文明的进程

一个由全球47名科学家组成的考古团队，经过17年的考古发掘和研究，于2009年10月1日宣布，在埃塞俄比亚境内发现了一个距今已有440万年的女性原始人骨骼。科学家将其称为阿尔迪。阿尔迪的第一块骨骼于1992年出土，之后陆续出土了其他骨骼并基本上复原了她的整体特征，她生前的体重约为50公斤。阿尔迪比20世纪70年代也是在埃塞俄比亚境内发现的女性原始人露西还早100多万年。这是迄今为止发现的年代最早的原始人骨骼。

这一发现使我们了解到大约在440万年之前地球上已经出。现了原始人。原始人的生活非常艰难，最初靠吃树叶、野果、野草维持生命，即使打猎杀死了一些飞禽走兽也只能是茹毛饮血，吃其生肉。这样的食物既不卫生，又难以吞咽和不容易消化，使原始人的健康大受影响，因此原始人的寿命也不会太长。当太阳下山后，四周变成一片黑暗，原始人便处于各种蛇虫猛兽的包围之中。在这种弱肉强食的森林世界里，黑夜是危机四伏和恐怖的，原始人的生命分分秒秒都受到威胁。冬天来临了，远离赤道地区的树林和原野都被白雪覆盖，外界已很难找到食物，原始人在天暖时储存下来的过冬食物，也许未到冬天已经腐烂了。或者储存到冬天即使没腐烂也冻得如石头一样坚硬难以进食。当然，寒冷的天气也使原始人很难熬过冬天生存下来。难怪最早的原始人都是在靠近赤道热带的埃塞俄比亚境内发现的，以上这些也是原因吧。P6-9

人类生活在“光”的世界里。很难想象，暗无天日，世界漆黑一片，人还能生存和繁衍吗？对“光”的研究既是必然，又是必需。

光学是物理学的一个重要的分支。一般来说，光学分成几何光学、物理光学和量子光学。

早在两千多年之前，我国古代的先贤和古希腊的学者就观察研究了可见光在传递过程中的反射和折射现象，探求其中的规律。于是，几何光学是光学中最先形成的一个次分支学科。进入17世纪后，牛顿发现白光通过三棱镜之后分解成七色光，为光谱分析学和天体物理学的发展奠定了基础。自17世纪起，欧洲的科学家对于光是粒子还是波，展开了长达200多年的深入研究和热烈探讨，科学家们依据不同的学说对于光的干涉、衍射和偏振等等现象提出了种种解释。这些研究和探讨逐步加深了人们对于光的本质的认识，推动了物理光学的发展。人们终于认识到，光是电磁波，同时又具有波粒二象性。到了20世纪初，爱因斯坦天才的思想对于量子力学和现代量子光学的创立和发展起到了关键性的作用。当下，数不尽的现代光学的应用，进入了社会日常生活的所有领域。

香港学者卢绍康编著的《奇妙的光》涉及的范围，涵盖了上述光学的全部内容。此书与当前中学和大学的光学教科书有所不同——《奇妙的光》并不详细讲解光学的理论和实验方法，而将侧重点放在介绍科学家探索光的本质、认识光的规律的过程。为此，作者收集和发掘了很多不同历史时期的科学家在探索光的奥妙的过程中表现出来的坚韧精神和动人的故事。阅读这本书，读者能体会到科学家在揭示光的客观规律时的心路历程，这将是一个饶有兴趣的悦读过程。

本人在国内外大学从事普通物理学和光学的教学已逾50年，也参加过大学物理学和光学教材的编写，深知现有的教材在介绍相关科学家生平事迹方面的不足。因此，这本书可作为中学和大学的光学教学上的参考书，也可以作为中学生和大学生学习光学的补充读物。

《奇妙的光》第一章讲述了光对地球上生命的起源、人类文明社会的产生和进展所起到的重要作用。这是以往光学教学中忽视的内容。作者在本书一开头就论述了这一主题，令人眼前一亮，从而被作者的叙述深深吸引。

《奇妙的光》的最后一章是作者的力作，也是此书最有价值之处。全球大气变暖和人类对粮食需求的日益增加，是当下危及我们生存的两大严峻问题。在这一章中，作者提出了一个利用太阳光来有效地缓解我们面临的两大危机的综合方案。本人以专业物理学工作者的眼光，严肃地审视了这一方案后认为：作者提出的这一方案并不是想入非非、天方夜谭式的构想，而是在广泛地收集资料的基础上，结合我国当前的国情，提出的有充分科学依据的方案。当然，实施这一方案最终能取得多大效果，还需要大量实践才会有比较明确的结论。无论如何，这一方案应该引起有关方面的重视，正如作者在书中所说的：当前要做的是建立若干个试点，在实践中深入研究，不断总结经验和改进，并且逐渐完善，形成相关的法规，数年内培养出一大批专业人才，为在全国乃至全球范围推广这一方案打下基础。  1962年，高校招生作过一次重大的改革，以考生的分数作为录取的标准。卢绍康正是在那一年考入华东师范大学物理系的，我曾教过他三年普通物理学和光学。他爱好打羽毛球，下课后在宿舍前的路上，我常看到他跳跃挥拍的身影。有一件小事，使我对他的刻苦好学留下了较深的印象。那是1963年的一天晚上，我因准备一份报告工作到深夜。当我走出教研室时，学校已过了宿舍熄灯的时间，校园中空无一人，显得格外宁静。我赫然看到一个学生还在昏暗的路灯下看书。走近一看，是二年级(5)班的学生卢绍康，而令我感到意外的是，他全神贯注看的书是古希腊亚里士多德的《形而上学》，这与课堂教学毫无关系，而且与当时的“政治气候”也格格不入。

1968年卢绍康毕业离校后，我们没有联系过。直到2011年10月16日，华东师范大学建校60周年校庆那天，我又见到了阔别43年的昔日学生卢绍康。那天，他送给学校60本他的天文学新作《夜空黑暗之谜》，同时也送了我一本。在和他交谈时，我得知他已移居香港，主要从事电子和电器产品的设计开发，目前在某公司负责内部审核工作。这本书是他在工作之余抽时间写成的。同届的学生中，大部分已退休养老，卢绍康在工作之余写出一本和工作完全无关的书，需要付出多么大的努力啊！接着卢绍康给我看了他的另一本即将完成的手稿《奇妙的光》。卢绍康请我写此书的序言时，我欣然同意了。对于这样一个一直孜孜不倦地学习和钻研的学生的请求，我感到没有任何理由拒绝他。我也为有卢绍康这样的学生而感到骄傲。

《奇妙的光》是一本科普书籍，它深入浅出，图文并茂地介绍了几何光学、物理光学和量子光学的内容和很多科学家探索光的故事。《奇妙的光》还是一篇切合当前实际的科学论文，它提出了一个利用太阳光来缓解我们面临的全球大气变暖和粮食短缺两大危机的综合方案，希望有关方面关注这一方案并进行试点。

本人诚意向广大读者推荐这本著作。

是为序。