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光怎么能既是波又是光子(粒子)呢?也许我们不应当把光比作我们日常见到的现象,如波或粒子等,而应把它视为我们日常生活中从未见过的一种新东西,既不是波也不是粒子:在某种场合下,它体现了波的性质,而在另一种场合下,它也可以体现粒子的特性。
这种波及粒子的双重特性可以促使人类学会谦卑:自然界不是经常按我们人类的习性、癖好或偏爱来行事的。
我们自认为很合适的想法不见得就是大自然的做法。
在许多方面,光和声波很类似。
光波也是三维的,可以上下左右传播;光也有频率、波长、速度(光速)。
然而奇怪的是,光传播时不需要媒介(如声音需要空气来传播)。
太阳射出的光,以及远处星球发出的光,可以穿过真空传播到地球上。
在太空中,航天员如果不用无线电通信,就无法听到其他航天员的声音。
可是,他可以清晰地看到其他航天员。
如果他们靠得很近,近到两位航天员的头盔都碰到了一起,他们就可以听到对方说的话。
[30]如果把房间中的空气都抽掉,你就听不到他们叫苦的声音,虽然你还是可以看得到他们喘气和敲打门窗的动作。
一种颜色对应一个频率
一般的可见光,就是我们平常看得到的颜色,频率非常高,每秒约有600万亿的光波射入你的眼中。
因为光速是每秒行进300亿(3×1010)厘米(或每秒30万千米),波长是波速除以频率,因此,可见光的波长约为0.00005厘米(3×10106×1014=0.5×10-4),即使我们有办法像看到水波一样看到光波,光波也小到我们分辨不出来。
不同频率的声音,在人耳听来呈现不同的音调。
不同频率的光,在人眼看来,就是不同的色彩。
红光的频率约为460万亿赫兹(每秒4.6×1012个波),紫光的频率为710万亿赫兹(每秒7.1×1012个波)。
频率在红光紫光之间的光波就是我们熟知的彩虹颜色。
每一种颜色对应一个频率。
问音调对天生失聪者的意义,犹如问颜色对天生失明者的意义。
同样,这个问题唯一明确的答案就是波的频率——此频率可以用光学方法准确测量出来,如果我们愿意的话,就可以用不同音调的乐音表示出来。
一位失明者,如果加以训练,本身又有相应的物理知识,就可以分辨苹果的玫瑰红和血液的红色。
只要有一份收集了许多光谱的档案,这位失明者对色彩的分辨本领也许要远高于一位未经训练的正常人。
当然,对一位视力正常者来说,看见460万亿赫兹的红光波时,心中可能会升起一股特殊的感觉。
与失明者相比,除了这种对460万亿赫兹光波的特殊感觉,其余就没有什么不同了。
虽然有美的感受,但是再没有其他神奇的东西了。
和我们听不到很高或很低的音调一样,有些光波的频率或色彩超出我们的视觉范围。
这些看不见的光的频率可以很高(伽马射线的频率在1018赫兹左右),也有更低的(如在1赫兹以下——每秒波峰的数目少于1的长电磁波)。
从高频率到低频率,各种光波的名称依序是:伽马射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波。
这些都是可以穿过真空的波,每一种都是正正规规的和可见光一样的光。
上述的每一种光都有一种与之对应的天文研究。
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