答读者问
本刊今年9、10两期连载的“光照亮了世界”一文受到读者好评,产生了较大的反响。不少读者向编辑部反映,“希望对光有更多的了解”。本文特以“博士与学生对话”的形式针对读者提出的一些疑问作更详细的解答。这些常见的光学现象都同光的物理本质有关,显示了光的奇妙特性。
(致没有阅读过九、十两期的读者)
即使没有阅读过本刊“光照亮了世界”的读者也不难理解本文的内容。建议读者先仔细阅读各页图解的说明文字,然后再阅读对话正文。
问题1 为什么一停止照明周围就立即变得一片漆黑?
学生:读过《Newton科学世界》今年 “光照亮了世界”一文,仍然有许多关于光的疑问。比如说在夜晚,只要一关上照明灯,房间立即就变得一片漆黑。照明灯发出的光跑到哪里去了?
博士:照明灯发出的光被物体吸收掉了。光照射在物体上,或者被反射,或者透射,或者被吸收。无论是反射光还是透射光,马上又照射在其他物体上,最终全都会被物体吸收而消失。当然,也有一部分光会透过玻璃窗逃逸到室外,这逃逸到室外的光,其中又有一部分最终将逃逸到宇宙空间。
学生:光在房间内来回反射,总该在房间里留下一点“残余光”吧?
博士:光的行进速度十分惊人,一秒钟可以围绕地球七圈半。即使光在多次反射中会暂时存留过一小会儿,那也是眼睛觉察不到的一瞬间。例如,甚至镜子也不是100%地反射所有的光,总会吸收一部分光。所以,即使房间四壁都挂满镜子,也不会有光留存下来。
学生:物体吸收光之后又怎样?
博士:吸收了光的物体,温度会上升,这是因为光所具有的能量转移给了物体。夏天穿黑色衣服感到特别热,就是因为黑色衣服吸收了光(可见光)之后温度升高了的缘故。
学生:即使被吸收,光也不会完全消失吧?
博士:一切物体都会辐射具有与其温度相对应波长的电磁波(主要是红外线)。这种电磁波叫做“热辐射”。因此,物体吸收了光(可见光)之后,马上又会向周围辐射波长比较长的红外线。同可见光一样,这些红外线大部分也被周围的物体所吸收,同时也有一部分逸出室外,其中再有一部分最后逃逸到宇宙空间。
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问题2 为什么看不见经过眼前的光线?
学生:在宇宙空间看不见经过眼跟前的光线,有点不好理解(2-a)
博士:“看见”是我们的视觉,必须有光线进入眼睛,刺激眼内视网膜上的细胞,才会引起我们的这种感觉。在处于真空状态(一种没有任何物质的状态)的宇宙空间,在眼前经过的光线,横穿而过,并不进入眼睛,所以不可能被我们看见。
学生:但是,在拉上窗帘的黑暗房间却可以看见从窗帘缝隙射进来的光束,那就是从侧面看见的太阳光线。这又是为什么呢?
博士:在黑暗的房间里确实能够看见光的行进路径,这时我们看见的其实是漂浮在空气中的尘埃等粒子对照射在它们上面的光所产生的“散射”(2-b)。所谓散射,指的是作无规则分布的微小粒子将照射在它们上面的光向四面八方分散开来的一种现象。在黑暗的房间里能够看见光束,是因为尘埃粒子的散射光有一部分进入了我们的眼睛。
学生:关于散射现象,还能举出其他的常见例子吗?
博士:天上云朵和牛奶显现为白色,也属于光的散射现象。在这两个例子中,在白云的场合是漂浮在空气中的微小水滴对光产生散射,在牛奶的例子中是悬浮在水中的脂肪和蛋白质小球对光产生散射,这些散射光进入我们的眼睛,我们才感觉白云和牛奶是白色。
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(更多精彩图片及完整内容请阅览《科学世界》2007年11月号)