科学有话说光从哪来？量子力学：我知道

　　没有什么东西像光这样吸引我们，它给我们带来光明，带来温暖，孕育万物生长。然而它究竟是什么，却是直到量子力学逐渐取得成就的时候，我们才逐渐地揭开了它神秘的面纱，但至今我们也没能完全窥透它的本质。
　　跳动的火光
　　一、古人对为什么会有光的理解
　　对于为什么会有光，圣经里如是说，起初，神创造天地。地是空虚混沌，渊面黑暗；神的灵运行在水面上。神说：”要有光，就有了光。神看光是好的，就把光和暗分开了。神称光为昼，称暗为夜。有晚上，有早晨，这是头一日。
　　而中国古人不信这个邪，我们从汉字“光”这个字来看，上面是火，下面是人。这说明人在看护着这个火，因为远古时候，保存火种都是很不容易的，需要有人专门守护。光的意思就是从光源（火）发出来的东西。
　　煤油灯
　　二、灯光的发展和变迁
　　从石器时代到今天近10万年的时间里，我们的最基本的人工光源其实一直都是用火。从最早的篝火、再到火把、燃烧动物和植物的脂肪、蜡烛、煤油灯等等。除此之外，我们能利用的光源就只有太阳和月亮，以及只能欣赏的点点星光。
　　今天需要光来照明那是很简单的，开关一按，各种发光原理的灯就亮了。然而，我们开始用电灯来照明，只不过是150多年的时间，跟漫长的人类用光照明的历史比起来不值一提。
　　白炽灯
　　电灯是将电能转化为光能，以提供照明的设备，出现于第二次工业革命，其工作原理是：电流通过灯丝（钨丝，熔点达3000以上）时产生热量，螺旋状的灯丝不断将热量聚集，使得灯丝的温度达2000以上，灯丝在处于白炽状态时，就像烧红了的铁能发光一样而发出光来。灯丝的温度越高，发出的光就越亮。
　　1854年，美国钟表匠亨利戈贝尔用一根放在真空玻璃瓶里的碳化竹丝，制成了首个有实际效用的电灯，持续亮了400个小时，不过他并没及时申请专利。
　　1860年，英国人约瑟夫斯旺也制成了碳丝电灯，但当时的真空技术水平不过关境。直到1878年，英国的真空技术发展到合乎需要的程度，他才发明真空下用碳丝通电的灯泡，并且获得英国专利。斯旺自己的屋子是英国用电照明的第一所私人住宅。
　　不同颜色的荧光灯
　　1874年，加拿大的两名电气技师申请了一项电灯专利：在玻璃泡之下充入氮气，以通电的碳杆发光，但他们没有足够财力继续完善这项发明，于是在1875年把专利卖给了爱迪生。爱迪生购入专利后尝试改良灯丝，终于在1880年制造出能持续亮1200个小时的碳化竹丝灯。
　　20世纪初，碳化灯丝被钨丝取代，钨丝白炽灯沿用至今。1938年，荧光灯诞生。1998年白光LED灯诞生。
　　LED灯组成的光影世界
　　三、LED发光原理
　　费米能级的定义：根据量子力学理论，具有半奇数自旋量子数（通常为12）的费米子，如电子，遵循泡利不相容原理，即一个量子态只能被一个粒子所占据。因此，费米子在能级中的分布遵循费米狄拉克分布。分布函数f（E）是指电子占据能带（导带）中某个能级的几率（电子的能量越往上越高）。如果是讨论空穴载流子的话（空穴的能量越往下越高），那么就应该是相应于价带中某个能级所空出（即没有被电子占据）的几率。
　　对于绝缘体和半导体来说，费米能级处于禁带中间。特别是本征半导体和绝缘体，因为它们的价带是填满了价电子（占据几率为100）、导带是完全空这的（占据几率为0），则它们的费米能级正好位于禁带中央（占据几率为50）。
　　LED灯的微观结构
　　当禁带宽度相等的p型半导体与n型半导体结合时，我们常用的是p型硅与n型硅的结合。电流通过这样的晶片时，n型半导体内的电子与p型半导体内的空穴在发光层剧烈地碰撞复合产生光子，以光子的形式发出能量（即大家看见的光）。
　　总结
　　我们今天的绚丽光影世界，离不开科学的发展和工业技术能力的提升，特别是得益于量子力学在微观领域中的成就。说到这里我不得不提几句，那些一边享受着量子力学带来的巨大利益，一边说量子力学错误，是骗子的人是不是应该好好去学习一下呢。这个PN结的原理，不仅是LED灯的发光原理，更是我们今天半导体、集成电路、电脑、手机的最基础元器件的基础原理。小伙伴们，长点心吧。