我们通过光来看周围的世界。不知你注意到没有,在我们周围,许多奇妙的现象都是由光引起的。
空气本来是透明的,可是天空为蓝色,晚霞却呈现为红色,这不是很奇怪吗?还有,光通过水或者棱镜会发生“折射”,也就是光的行进路线发生了弯曲,这又是为什么?所有这些疑问,在知道了光的性质以后便都不难获得解答。
那么,光究竟是个什么东西呢?关于光的本质,曾经是被誉为近代科学之父的艾萨克·牛顿以及其他许多科学家思考的问题。本专辑中间部分将介绍光的本质。
21世纪也被说成是光的世纪。科学家为了能够自由地操纵光一直在进行不懈的探索,本专辑的后半部分则集中介绍有关如何操控光的尖端研究。
为了使本专辑尽可能做到“通俗易懂和有趣”,《Newton科学》编辑部在策划本专辑时曾从读者中邀请了一些“特邀编委”,充分吸收了他们的意见。
好了,现在就来了解这奇妙的光吧。
第1章 常见的光学现象 太阳光
太阳光是由无数的色光所组成
提到自然界中的光,我们首先想到的便是太阳光。地球上的生命,包括我们人类在内,全都仰赖太阳光才得以生存。
我们看见太阳光为白色,因而说它是“白色光”,其实,太阳光是由显示出各种不同颜色的色光所组成。关于这一点,只需用一个三棱柱形状的玻璃“棱镜”就可以证实。一束太阳光通过棱镜之后将被分解扩展为一条显现出各种不同颜色的光带(1)。这其实就是最早由英国科学家艾萨克·牛顿(1642~1727)发现的那种现象。
这种光带叫做“太阳光谱”。一束光被分解为各种色光的这种现象叫做光的“色散”。
我们看见的彩虹就是一种太阳光谱(关于彩虹,请看第24页的介绍)。我们通常会说“七色彩虹”,从太阳光谱的一端顺序数来,对应的颜色是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。不过,将太阳光谱区分为7种颜色,在科学上并没有什么意义。这是因为,如对面页的图解所示,太阳光谱的各种颜色之间并没有明确的分界线。实际上,世界上也有的国家习惯于说“六色彩虹”。准确的说法应该是,像太阳光这样的白光包含有无数的色光。
不止有眼睛可以看见的“可见光”
光具有“波”的性质。比如说,水面波、沿绳索传播的波,还有声波等,都是波。光谱中所包含的各种色光之所以显示不同的颜色,其实是它们的“波长”不相同的缘故(2)。所谓波长,是指一列波的波峰(波的最高点)与波峰之间或者波谷(波的最低点)与波谷之间的距离。就光显现的颜色而言,按照红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的顺序,光的波长依次越来越短。
但是,光并不限于我们眼睛可以看见的这些“可见光”,此外还有许多我们眼睛看不见的其他光。如“红外线”和“紫外线”,它们也都是光。红外线是波长比红色可见光的波长还要长的光(在光谱上位于红色之“外”)。紫外线是波长比紫色可见光的波长还要短的光(在光谱上位于紫色之“外”)。红外线和紫外线都是人眼看不见的光,但是它们也是太阳光中所包含的光。
那么,“光是一种波”,这是什么意思呢?我们将在第3章详细介绍这个问题,现在我们还是来继续介绍那些常见的光学现象。
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(更多精彩图片及完整内容请阅览《科学世界》2007年9月号)