1869年俄國科學家
門捷列夫
將發現的元素，
按照相對原子質量由小到大排列，將化學性質相似的元素放在同一縱行，編制出了這張元素週期表
。如果你仔細地觀察這張表，你就會發現這張包含了118個元素的元素週期表，卻唯獨沒有光。
元素週期表
偉大的天才發明家
尼古拉·特斯拉
，1899年在他位於科羅拉多斯普林斯的實驗室裡，接受《永生》雜誌的採訪時說，
“一切都是光；物質誕生於最原初、最永恆的能量，即我們所知的光”。
尼古拉·特斯拉的這段看似莫名其妙的話，卻揭示了宇宙最核心的秘密：
所有的物質或許都是從光裡產生的
。而光又是宇宙中最常見的一種東西，
那麼光究竟是什麼？或者說光的本質是什麼？為什麼說光明是宇宙的終極秘密？
這還得從我國發射的一枚世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”說起。
墨子號點選觀看完整影片
潘建偉
2016年8月16日1時40分，在我國酒泉衛星發射中心成功地發射了一枚世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”。
為什麼這顆量子衛星要用墨子來命名呢？中國科學院院士、物理學家潘建偉說：“衛星之名取自於我國科學家先賢，體現了我們的文化自信。”墨子是中國歷史上唯一一個農民出身的哲學家，也是
一位鮮為人知的偉大科學家，
《墨經》中有這樣一段記載：
“光明之人，煦xù若射。下者之人也高，高者之入也下。足蔽下光，故成景於上；首蔽上光，故成景於下。在遠近有端與於光故景庫內也。”
這段話的意思是說：
墨子做了這樣一個實驗，在屋子的一面牆上鑿一個小孔，屋外站一個人，光線穿過這個人，並且穿過小孔透進屋子，於是你能看到屋子的牆上會呈現一個倒立的人影。
這也是世界上第一個“小孔成像”實驗，該實驗解釋了小孔成像的原因，而這正是現代照相技術原理的起源。
墨子是
最早透過小孔成像實驗發現光是透過直線傳播的科學家，
墨子的小孔成像是其後的一系列光學發展的鼻祖
，小孔成像是光學中一條非常重要的原理，但是要想進一步瞭解“光”的特性，就需要用抽象的形式把光剝離出來，聽起來是不是就覺得很抽象，不過科學家總是有辦法，他們運用一種全新的研究方法：
數學。
光的表象點選觀看完整影片
公元前300年左右，歐洲誕生了一個非常了不起的人物，他叫
歐幾里得，是古希臘的數學家，被稱為幾何之父
。他撰寫的
《幾何原本》，奠定了西方數學的幾何基礎，成為了西方最成功的教科書之一。
歐幾里得除了在數學上的偉大建樹外，還利用幾何學發現了光的秘密。
在一次測量神廟地基的時候，他發現遠方的柱子比人要大很多，但是看上去竟然和眼前的手指差不多大小，他認為人的視覺感官的成像原理就是近大遠小。
於是他運用幾何學原理，反覆地計算光線的角度，結果發現
光線的入射角完全等於反射角。
從此人類對光的研究，也開始運用數學的原理掌控光的性質。根據幾何原理，歐幾里得總結出，
只要控制光的入射角度，就可以用不同的三角形，完全預測光線的走向。
後來歐幾里得根據自己對光的研究，撰寫了《反射光學》。人類對光的理解又上升了一個臺階。古希臘時代的天文學家托勒密，就曾專門做過光的折射實驗，並得出了
“折射角與入射角成正比”
的結論。
1200年之後，阿拉伯
偉大的伊斯蘭學者
阿勒•哈增
（965-1038），
在視覺生理學方面進行過深入的研究。他認為，
視覺是在玻璃體中得到
。比如
“網膜”“角膜”、“玻璃狀體”、“前房液”等術語都是阿勒·哈增的發明
。阿勒·哈增從希臘人那裡學到了反射角的定律，他認為光線是從被觀察的物體以球面形式發射出來的，但他進一步指出，
入射線、反射線以及法線都位於同一平面上。
後來他將自己畢生對光的研究，撰寫成了《光學全書》，書中
解釋了光的反射、折射定律，並作了精確的計算。
兩個世紀之後，
1214年出生的英國具有唯物主義傾向的哲學家和自然科學家羅傑·培根，
在33歲的時候，加入了方濟各會做了一名修士，這個方濟各會就是天主教托缽修會之一，1209年由義大利人方濟各所創。加入方濟各會的羅傑·培根，用全部的財力置辦了一個完整的鍊金術實驗室，
開始研究包括鍊金術、語言學、光學以及數學和天文學。他懷疑推理演繹法，堅持經驗的可靠性。因此也被稱為實驗科學的先驅。
他對光的性質和彩虹的研究頗有獨到之處，
繪製了眼鏡的製作、闡述了反射、折射、球面光差的原理
，後來
因用自然原理解釋神蹟，這個神蹟也就是我們說的彩虹，因此違背了神聖的教義被監禁。
基督教也利用對光線和天文的研究，對每日中午光線透過小孔投射到教堂內部銅鐘上的不同位置，來計算曆法，並以此來控制信徒。
當時，人們無法想象驅散黑暗、充滿物質世界的光，其實也是萬物的締造者。因為
從墨子到歐幾里得到阿勒·哈增再到羅傑·培根，他們的研究不管是光的直線傳播，還是光的反射甚至折射現象的發現，這些都只是光的物理性質。
也就是說這只是光的表面現象。那麼光的深層次現象又是什麼呢？這個問題的答案，要等到400年後，人類歷史上的第一個科學偉人的出現？
光的色散 點選觀看完整影片
時間來到1672年，一個年僅29歲的英國小夥子，因為製造了一臺傑出的望遠鏡而被當選為英國皇家學會的會員。
有觀眾老爺知道這個年輕小夥子是誰嗎？沒錯
他就是萬有引力的發現者艾薩克·牛頓。
很多人只記住了他在力學上的貢獻，卻忽略了他對光學的影響。如果你開啟百科，就會有這樣一段描述：牛頓在光學上，他發明了反射望遠鏡，並基於對三稜鏡將白光發散成可見光譜的觀察，發展出了顏色理論。
那麼這個被蘋果砸中的神人，是何時對“光”產生了興趣的呢？這還得從1665年到1666年爆發在英國的大規模傳染病說起，這是一種由鼠疫桿菌造成並以跳蚤為載體的細菌感染，此次瘟疫共奪走了8萬人的生命，相當於倫敦五分之一的人口，
故此也被史學家稱為倫敦大瘟疫。
時年22歲的牛頓為了躲避瘟疫，回到了鄉下老家居住，也就是這個時候，他就已經在光學領域做出了深刻的思考，他提出了一個與眾不同的問題，
光為什麼能進入眼睛？要是對眼睛施加外部的壓力，光會因此做出改變嗎？
於是他用一根小木棍，塞在眼珠與眼眶之間。這個行為非常危險，各位看官千萬不要嘗試。然後他用力一點一點地向眼睛內部插入，他的眼球承受的壓力越來越大，疼痛感也在逐級上升。突然牛頓發現眼睛焦點的外圍，有一圈七色的彩光，牛頓此時感到既興奮又好奇，他忍著疼痛，繼續觀察，發現這一圈七色彩光的佈局，竟然和彩虹如出一轍。
彩虹怎麼長進眼睛裡了呢？牛頓猜想彩虹難道是光的本源之相，是光的屬性的一部分。
一年以後，也就是1666年的仲夏，牛頓在光學方面的研究，取得了歷史性的突破發現。這還得從牛頓的一個實驗說起。一天牛頓帶著一頂厚重的假髮在一間小屋子裡發呆，突然他靈光乍現，然後就用尺子在屋子裡一通測量，測量完畢後，在屋子靠南的某個位置，開鑿出了一個圓形的小孔。然後牛頓將屋子裡的窗戶全部封死，所有的窗簾也被他拉上了。
此時的屋子裡面又悶又熱，漆黑一片。只有一束光從開鑿的那個小孔裡射了進來。由於是炎熱的夏天，在這個密不透風的小屋裡，牛頓身上汗如泉湧、但是他依然全神貫注地在屋裡走來走去。並不時的將一塊三菱鏡放在小孔入口處，攔截光線，然後反覆的調整位置，使陽光的入射角與反射角，完全相同。就在此時，奇怪的事情發生了，當三菱鏡攔截光線的入射角與反射角相重合時，原來的那束白光就不見了，而是
在牆上得到了一個彩色光帶，
顏色的排列是紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫
。這個實驗也被稱為色散實驗。
牛頓發現紅光和紫光始終都處在光帶的兩端，這是怎麼回事呢？牛頓進一步觀察分析，
發現紫光的偏折角度最大，紅光的偏折角度最小，所以這兩種顏色的光就在光帶的兩端。
這一偉大的發現，牛頓只用了兩個字表述了這個現象——
光譜
。根據牛頓的色散實驗，我們知道白光可以被分解成七色的純光，那麼純光還能夠再次被分解嗎？
於是牛頓啟動了色散實驗2。0。他在彩色光帶中匯出了一束紅色純光，然後用三菱鏡進行入射角與反色角的調整，可是不論怎麼調整，紅色純光不再被分解其他光線。他得出結論：
同一顏色屬於同一種折射率，光的色散是在不同的折射率中產生的
。所以
光是一種粒子
。為此牛頓也把光的複合與分解比喻成不同顏色微粒的混合與分開，其組成部分非常的微小。但是牛頓依然無法解釋光為什麼會有顏色，要破解光為什麼會有顏色的問題。就得請出另一位大神。
光色之源
時間來到1831年
10月17日
，
英國物理學家邁克爾·法拉第
，
把兩條獨立的電線繞在大鐵環上，當給其中一條導線在通電和斷電的瞬間，另一條導線出現了電流！然後，他讓一塊磁鐵透過導體線圈，線圈中也產生了電流！
這種利用磁場產生電流的現象稱為電磁感應，這一發現永遠改變了人類文明。
產生的電流叫做感應電流。他把這種現象稱之為“電磁感應現象”
後來他依照此規律，用銅盤在磁鐵中轉動，發明了
人類第一臺發電機
，為第二次工業革命提供了最堅實的基礎。
就在法拉第發現電磁感應的同一年，在蘇格蘭愛丁堡出生了一個叫做麥克斯韋的男孩。在他23歲剛從劍橋大學畢業的時候，一個偶然的機遇，看到了法拉第早年撰寫的《電學實驗研究》。
自此對法拉第崇拜不已，潛心鑽研了法拉第的研究理論，發表了題為《論法拉第的力線》的論文。
並將這篇論文郵寄給了法拉第。法拉第看後十分喜愛。在1960年的時候，兩個相差40歲的人，因為電與磁的研究成為了忘年交。
受到法拉第的鼓勵後，麥克斯韋決定用數學解釋電場、磁場與電荷密度、電流密度之間的關係，當時的人很難理解，數學怎麼能解釋這些複雜的電磁關係。
經過漫長的打怪升級，麥克斯韋終於創造了四組麥克斯韋方程式。麥克斯韋方程組，也被譽為是人類有史以來最美的物理學方程之一。
然而此時精彩的故事才剛剛開始。這四個方程裡面隱藏了一個天大的秘密。
麥克斯韋方程
麥克斯韋經過計算證明：電場和磁場並非單獨存在，而是統一於電磁場之中
。什麼意思呢？如果在真空中存在一個振盪的電場，那麼在振盪電場的周圍就會產生磁場，而這個磁場又會進一步產生電場…如此往復，電磁場就可以向遠處傳播，形成電磁波。
透過計算發現電磁波在真空中的速度剛好等於光速
，於是麥克斯韋大膽預言：
光就是一種電磁波。
這也同時解釋了牛頓的有疑惑，
光為什麼會產生顏色，這是因為電磁波在不同不同頻率震動下產生的。
經過幾十年的發展，科學家已經探明瞭全波段的電磁波，從短波射線到長波無線電。這些都是光，只是有的是可見光，有的是不可見光而已。牛
頓說光是粒子，麥克斯韋說光是波，那麼光的真面目究竟是什麼？
它為什麼存在雙從人格。這就要回到愛因斯坦的時代，去尋找答案。
宇宙上限 點選觀看完整影片
時間來到1895年，
16歲的阿爾伯特·愛因斯坦，因為考試不合格，沒能順利進入瑞士理工學院讀書。但是卻自學了微積分。
也正是這個時候他開始思考一個更為高升的問題，光速為什麼是宇宙一切物體運動速度的上限，要是一個人以光速運動會看到什麼現象。對於這個問題，愛因斯坦用了10年的時間，也就是1905年的時候，
年僅26歲的他發表了一篇《關於光的產生和轉化的一個試探性觀點》的文章，
總結出了一個數學方程，也正是這個方程徹底改變了人類對世界的認知。
這就是著名的質能方程（E=mc²）
。
質能方程是描述質量與能量之間的當量關係的方程
。E表示能量，m代表質量，而c則表示光速。
也就是說光和能量與質量可以產生互換。愛因斯坦的光速不變原理認為：
當物體的運動速度接近光速時，它的質量將趨於無窮大
。什麼意思呢？
如果以光速運動，時間就會停止。
換句話說，物體的運動速度要想達到光速，所需要的能量也是無窮大的。而
人類永遠無法停止時間，因為按當前人類的認知來說，達到光速的可能性幾乎為零。
愛因斯坦進一步研究，發現光是整個世界的最基礎，也是宇宙的最基本的組成部分。同時光似乎和物質、能量以及時間有著密不可分的聯絡。愛因斯坦大膽假設：
光和原子電子一樣也具有粒子性，光就是以光速運動著的粒子流，他把這種粒子叫光量子。
根據廣義相對論，光在大質量物體附近傳播時，由於受到該物體強引力場的影響，光的傳播路徑也會發生相應的偏折。
愛因斯坦認為光是能量的一種傳播方式
。
從
牛頓的光是一種粒子，到麥克斯韋的光是一種波，再到愛因斯坦的光是能量的一種傳播方式
等成果來看，人類似乎離光的本質越來越近了。但這些依然只是光的初級階段。關於“光”更為古怪的現象發現，還要從一箇中國人說起。
反物質
時間來到1929年，在加州理工大學卡文迪許實驗室裡，時年27歲的中國物理研究生趙忠堯，用高能伽馬射線的光子束轟擊重金屬鉛，一個反常的現象發生了，
在伽馬射線撞擊金屬鉛以後，卻產生了一個能量為0.5萬電子伏特的光，
也就是說，趙忠堯創作了一條不規律的光。隨後他在將研究結果先後發表在《硬γ線的吸收係數》和《硬γ線散射》的論文中。
他認為給真空賦予能量，會從真空中激發出一個電子，產生一個空穴（正電子），隨後電子又落回到空穴，也就是負電子和正電子湮滅就變成了兩個光子，說的直白些正物質和反物質能量相撞發生物質湮滅，就會產生光。
為什麼是兩個光子，而不是一個光子呢？因為這個光子可以朝著相反的方向射出去，這樣就能保證不僅能量守恆了，動量也守恆了。這也是人類歷史上，首次證實了反物質的存在。雖然這個現象至今都沒有得到合理的解釋，但是科學家卻提出了一個更為古怪的問題，物質湮滅能夠產生光，那麼光能夠產生物質嗎？
光子對撞
為了解決光是否能夠產生物質的問題，我查閱的大量的資料，甚至斥巨資在某網下載了相關的研究文獻。時間來到1934年，
布萊特和約翰·惠勒兩位物理學家提出了一個理論
，他們認為
當兩個高能光子發生碰撞時，會產生一個正電子和一個負電子，即形成物質
。
在理論上光是可以轉化成物質的，這就是將光線轉變為物質的最簡單設想，也被稱為
布萊特惠勒效應
。然而在隨後的幾十年的研究中，科學家也一直沒有在實驗中成功論證這個理論。後來有研究人員提出，透過“光子與光子”的碰撞機制直接合成物質的理論，可以藉助現有技術實現，這將是一種全新的高能物理實驗。說起來容易，可是做起來卻滿是不容易。
直到2021年7月30，美國設於紐約長島薩福爾克縣的布魯克海文國家實驗室，以許長補為領導的一個研究團隊，使用兩個“金”離子，在同一直線將金核加速到99。99%的光速，向相對的方向運動，
當金離子相互透過時，圍繞離子的電磁雲中的光子，就相撞到了一起。奇怪的事情發生了，光真的生成了物質，正負電子對。
這些電子和正電子的質量分佈、能量和量子狀態與布萊特惠勒效應的分佈一致。物理學家們在光子碰撞中，找到6085個具有相應特徵的正負電子對。
在一個額外的實驗中，科學家們還檢查了碰撞過程中產生的光子，是否具有正常光粒子的特徵，這也得到了證實。北京大學物理學院發表的一篇研究論文
《光子對撞機產生正負電子對的數值方法》
中寫到，
“光子對撞”產生正負電子對的過程, 是由能量直接產生物質的過程, 物質的起源與光子 物理在理論的研究中有著極為重要的作用。
你是不是以為，人類對光的瞭解已經很成熟了，其實這才只是剛剛開始。關於光對光的理解依舊還需要有很長的路要走。看到這裡，你是否已經明白了影片開頭，尼古拉·特斯拉說的那句“一切都是光”是什麼意思了吧。那麼問題來了，
在120多年前，特斯拉是怎麼知道“光”的秘密的呢？點選觀看完整影片
