一切都是光，宇宙万物都来自光

1899年，天才发明家特斯拉在接受访谈时说过一段莫名其妙的话。他说：“一切都是光。”特斯拉揭示了宇宙的核心机密。所有的物质都能够从光里产生。

特斯拉说：“一切都是光。请记住，世界上没有一个人不曾死过，他变成了光,因此仍然存在,秘密就在于光的粒子能恢复他们原来的状态。”特斯拉的认知至少比他所处的时代提前了100年。问题是，特斯拉是怎么知道的呢？光到底是什么？为什么说光是宇宙最关键的秘密之一？有关光的故事，我们还得从头说起。

时间要回到公元前430年左右。当时楚国打算进攻宋国，有个叫墨子的人非常有胆识，一个人去楚国劝说楚王收兵。他知道对好战的楚王讲道义是行不通的，于是他与著名的发明家鲁班进行了一场模拟攻防战。墨子在沙盘上大获全胜，楚王看到宋国有墨子这样的人才，只能放弃攻宋。这就是“一人止战”的故事。

但是墨子最著名的并不是他的军事才能，他其实是春秋战国时期最有想象力的科学家。墨子是世界上第一个记录小孔成像的人。他在墙上挖了一个小孔，遮住屋内的光后，就能在屋内的墙上看到外面人影的倒像。墨子通过对光的一系列观察，提出了“墨子光学八条”。他已经一脚迈入光学研究的殿堂。墨子写道：“足蔽下光，故成景于上。首蔽上光，故成景于下。”他第一次提出小孔成像是因为光可以进行直线传播。这是突破时代的观察。墨子是其后一系列光学研究的始祖。

人类开始着手探索光学理论。但是要想进一步了解光的特质，不能只通过观察。必须以抽象的形式把光剥离出来，这需要另一种研究方法，那就是数学。

时间来到公元前300年左右，古希腊著名的数学家欧基里德运用几何学原理解释光线的传播。这就是人类历史上最早的关于光的专著《光学》。欧基里德发现远方的柱子比人大很多，但是看上去和眼前的手指差不多大小。这就是“近大远小”的视觉原理。通过计算，欧基里德进一步发现光线的入射角完全等于反射角。人类开始使用数学这种新科学掌控光的性质。只要控制入射角度，就可以用不同的三角形完全预测光线的走向。这个时期，人们完全无法想象，那个驱散黑暗、填满物质世界的光，其实也是万物的创造者。不管是光的直线传播还是光的反射甚至折射现象，这些都只是光的物理性质，仍然处于光的表象。有关光的深层次的发现，要等到人类历史上第一个科学伟人的出现。

时间来到1664年，21岁的英国人牛顿对光产生了强烈的兴趣。牛顿提出了一个问题：光为什么能够进入眼睛？如果对眼睛施加外部的压力，光会因此改变吗？牛顿找出了一根尖的小木棍，他试着把小木棍塞在眼珠与眼眶之间。这是一个非常危险的行为，大家千万不要模仿。牛顿就这样一点一点地向内插入，他的眼球形成的压力越来越大了。突然，牛顿发现眼睛焦点外围形成了七彩的色彩。牛顿忍住疼痛继续观察，他发现七彩颜色的布局居然与彩虹一样。这真是奇了怪了，彩虹怎么长进眼睛里了呢？这说明彩虹是光的固有现象，是光的属性的一部分。两年后，牛顿取得了历史性的突破。

时间来到1666年，牛顿在一间全黑的屋子里做了一个实验。他使用三棱镜拦截光线，然后调整位置，使阳光的入射角与反射角完全相同。他惊讶地发现白光居然被分解成彩色的光带。这就是光的色散现象。牛顿进一步解释，因为紫光的偏折最大，红光的偏折最小，所以这两种颜色的光就在光带的两端。他发明了一个词来描述这一现象，就是我们今天熟知的“光谱”。白光可以分解为七彩光，但是纯色的光还能再次分解吗？牛顿道出了一缕红光，他再次使用三棱镜进行调整。牛顿发现纯色的光线不能再分解了。所以他得出了结论：同一颜色属于同一种折射率。光的色散是在不同的折射率中产生的。所以光是一种粒子，它的组成部分极其微小。虽然牛顿不能解释光为什么有颜色，但是他也开始揭开了光的本质。

时间来到1861年，对万事万物都充满了强烈好奇心的苏格兰人麦克斯韦正在进行扔猫的试验。麦克斯韦想知道猫为什么总是四角落地，这里面到底是什么原因。但是很快，比扔猫好玩得多的事情出现了。

麦克斯韦与英国物理学家法拉第成为了忘年交。在30年前，法拉第发现了一个奇怪的物理现象：当磁铁在铜线圈附近运动的时候就会产生电流，但是没人能够解释原因。麦克斯韦立刻就被吸引住了，他想用数学来精确地计算这一现象。这听上去完全是不可能的，当时人们也不能理解数学怎么能描述电场、磁场与电荷密度、电流密度之间的关系。经过漫长而艰辛的努力，麦克斯韦创造了四个偏微分方程，这是人类历史上最伟大的方程式之一。然而直到此时，精彩的故事才刚刚开始。

这四个方程里面隐藏了一个惊天的秘密。通过计算，科学家发现电力与磁力的传播速度与光是一样的。麦克斯韦的方程不但能够描述电与磁，也能描述光。原来，光与电磁在本质上是一个东西，光是一种电磁波。这也同时解释了牛顿不理解的事情：光为什么会产生颜色。这就是因为电磁波在不同频率的振动下决定的。在光谱的两端还有许多不同的波。今天科学家早已经探明了全波段的电磁波，从伽马射线到可见光，再到长波无线电，其实它们都是光，只是有的是可见光，有的是不可见光。在牛顿力学三大定律之后，麦克斯韦的电磁力方程成为人类第二个精确描述世界如何存在的方程式。

然而人们发现，对于光的了解仍然远远不够。光为什么具备双重人格？它既是粒子，又是一种波。它的真面目到底是什么？这个问题要留给另一位天才来发现。时间来到1895年，年仅16岁的爱因斯坦被一个问题迷住了：光为什么是宇宙中一切物体运动速度的上限呢？如果我们坐在光线上旅行，会发生什么情况呢？经过十年的思考，爱因斯坦用一个数学公式彻底改变了人类对世界的认知。

这就是爱因斯坦能量方程式的最简单的表述方式：E=mc^2。这个方程告诉我们，光、能量与质量可以产生互换。如果我们以光速旅行，时间就会停止。但是我们永远不能停止时间，因为物质想要达到光速，需要的能量将会是无穷的。

我们已经越来越接近光的核心秘密。光似乎与物质、能量和时间有着不可分割的关系。光是我们这个世界的基础，它是宇宙最基本的组成部分之一。爱因斯坦进一步发现了光的本质：光其实是能量的传播形式。

我们简单地回顾一下：从光是一种粒子，到光是一种波，再到光是能量的传播形式，人类对光的认知越来越深入。但是这些都还只是光的初级研究课题。真正对光的更加古怪的发现来自一位中国人。

时间来到1929年加州理工学院的一间实验室里，27岁的中国研究生赵忠尧发现了一件奇怪的事：他创造了一条无中生有的光。赵忠尧使用硬伽马射线的高能量光子束轰击重金属铅，不知道什么原因，光就出现了。

当时全地球上没有一个人知道这意味着什么。赵忠尧观测到的光其实是正负电子相撞发生的湮灭。他也是人类历史上第一个观测到反物质的人。正物质与反物质相撞就会产生能量与光。直到今天也没有一个人能够解释其中的原因。

但是科学家们却提出了另一个非常深刻的问题：既然物质湮灭会产生光，那么光可以生成物质吗？故事到这里，已经开始充满了哲学思辨的味道。中国人有句老话叫“无中生有”。道家认为，世间万物都是从无开始的，从无生出了有，又从有发展成万物。事实真的是这样吗？

时间来到2021年的7月30日，在纽约长岛的布鲁克海文国家实验室里，科学家们使用两个金离子，在同一直线上以99.995%的光速向相反的方向移动。当离子相互通过时，围绕离子的电磁云中的光子就相撞到了一起，奇迹出现了：在光中真的产生了物质，那就是正负电子对。科学家在光子碰撞中一共统计到了6085个正负电子对。这个实验结果确凿无疑地证明了光可以生成物质。

到了这一刻，所有的一切就开始串联起来了。麦克斯韦的电磁方程告诉我们，光的本质是电磁波。爱因斯坦的质能方程告诉我们，光可以生成物质。而牛顿的三大力学定律可以计算物质如何进行运动以及相互之间的作用。这是迄今为止人类对宇宙最深刻的认知。

在距今138亿年前，宇宙产生于一次大爆炸，宇宙从无到有，世间万物都从虚空中出现。所有的物质都是通过光产生的。我们并不知道在1899年的时候，特斯拉是如何知道这一切的，但是他显然知道的很多。我给大家摘录一下：记者问特斯拉先生，“你对电有点偏执了。”特斯拉回答：“我就是电，或者如果你愿意，我是人类形体中的光。你也是电，史密斯先生，但是你没有意识到这一点。”特斯拉说得没错，一切都是光。

按理说，故事到这就应该结束了。但是，还有两个事实需要大家去思考。第一，光子的本质是什么？我们仍然不知道。第二，光为什么锁死了宇宙运行速度的上限，也就是每秒钟30万公里？我们也不知道。人类以为自己非常了解光，但实际上对光的研究刚刚开始。光到底是什么？也许是我们这个宇宙的终极秘密。