光的认知过程可简单划分为两个阶段，17世纪以前的直观体验阶段和17世纪以后的科学认知阶段。

中国人在直观体验的感性认知上是很有创造力的。公元前400 年，墨子用很美的词句来描述了光的直线传播和小孔成像，这是最早的小孔成像技术记载。“景，光之人，煦若射，下者之人也高；高者之人也下，足蔽下光，故成景于上，首蔽上光，故成景于下……”。指出了小孔成倒像的根本原因是光的“煦若射”，以“射”来比喻光线径直向、疾速似箭远的特征。西汉时期记载，我们的祖先将冰削成球状，对着太阳，在太阳的“影子”位置点燃艾草生火。这是世界上最早的光的聚焦和对太阳能利用的范例。公元500年左右，唐朝记载光是有颜色的，且颜色是光照到雨滴上产生，是光的本质而不是雨滴的性质。古人很早就提出了这个概念，但很遗憾并没有进一步从数学角度对这些光学现象进行描述，进入17 世纪我国在光学领域的发展与世界水平逐渐有了差距。

17世纪光学在欧洲诞生了，欧洲成为了当时光学研究的前沿阵地。几何光学和波动光学，从数学和科学的角度描述了光。几何光学阐述了光的直线传播、反射、折射等，波动光学阐述了光是一种电磁波，光学研究进入了科学认知的历程。科学认知即光的科学，需要了解光的本性是什么、光是怎么产生的、怎么传播的，以及与物质的相互作用，甚至通过物质的相互作用怎么去调控光，这些也正是光科学研究主要内容。

几何光学是光学发展史上的转折点，在这个时期建立了光的反射定律和折射定律，奠定了几何光学的基础。其中最重要的是光的折射定律，折射率决定了光的传播和光的相互作用，是光学研究中最基本的数值，介电常数与极化率等都是与折射率紧密关联的常数。折射定律的出现和应用奠定了光纤通讯的基础。折射定律在人类生活中也经常被发现，比如海市蜃楼的现象。当光线在同一密度的均匀介质内传播时，光的速度不变并且以直线方向前进。可是当光线倾斜地由一个介质进入另一密度不同的介质时，光的速度就会发生改变，行进的方向也发生曲折，这是因为折射率的不同决定了光的传播的角度不同。假如在地平线下有一艘轮船，一般情况下是看不到它的。如果在冰冷的海面上，下层空气温度低、密度大，上层空气温度高、密度小。由于这时空气下密上稀的差异较大，来自船舶的光线先由密的气层逐渐折射进入稀的气层，由于折射率的连续变化，光线发生弯曲，又折回到下层密的气层中来，最后投入我们的眼中，就能看到轮船的像，即海市蜃楼的显现。在沙漠里看到虚幻的树木水源，也是同样的原理。利用折射定律可以解释生活中很多的科学问题和应用问题。我们在科研实验中诞生的大的光学仪器也离不开折射原理的应用，照相机，望远镜等接连出现。随着透镜的发展，更进一步促进了几何光学的发展。透镜与物体之间的距离改变时成像会有不同，透镜的组合还会增加放大倍率，从而实现了显微镜放大成像，人们可以看清楚微小的物体，这些对人类社会发展的影响非常大。

作者：杨宏、李洪云、龚旗煌 来源：现代物理知识杂志