如果你只能看见一种颜色那会怎么样?想像一下,比如说你只能看见红色的东西,而其它所有东西对你来说都是隐形的。实际上,我们一直都是这样生活的,因为我们的眼睛只能看到全光谱中微不足道的一部分。我们每天都被不同的色彩所包围,但它们对人眼都是看不见的。从携带你最爱歌曲的无线电波,到医生用来观察人身体内部的X光线,还有可用来加热食物的微波。
为了能够理解它们是如何被叫做光的,我们需要知道一些关于什么是光的问题。光就是电磁辐射,它既具有波的性质又具有粒子的性质。光波和海浪有些相似。波浪本身有大小之分,波浪就是一波一波冲上海岸,而且波浪只有在偶尔才会翻滚。波浪的大小叫作波长,波浪多久重复一次叫做波的频率。想像你坐在海上的一艘船里,船随着波浪上下起伏。如果那天赶上的波浪有较长的波长,那么海浪只会让船偶尔上下起伏,或者说以较低的频率。然而,相反的,如果是波长很短的波浪,波浪之间会靠的很紧,然后你就会感觉船在明显地上下浮动,这就是以很高的频率。
不同种类的光都是光波,只不过它们有不同的波长和频率,以此来加以区别。如果你知道一种光波的波长或者频率,那么你就能知道这个光波的能量。波长长的光波有很低的能量,然而波长短的光波有很高的能量。这个记起来很容易,如果你想到自己在那艘船上,你去航海那天有波涛汹涌的海浪,你可能会消耗很多能量,避免被东西砸到而四处跑。但是在一个长波长的海面上,你只会晃一晃,会感觉很放松不怎么消耗能量。
光的能量告诉了我们它是如何和事物相互联系的。举个例子,我们的眼细胞。当我们看见事物的时候,是因为光的能量刺激了我们眼睛的感觉器官——视网膜。我们的视网膜只对一个比较小范围内的能量比较敏感,所以属于这一范围内能量的光被叫做可见光。在我们的视网膜里有很多特别的感觉器官——视杆细胞和视锥细胞。视杆细胞测量亮度,所以我们可以知道有多少亮光,视锥细胞负责我们看到的光的颜色。
因为不同的视锥细胞对不同能量光的感知度不同,有一些视锥细胞对那些波长很长和能量很低的光很敏感,还有一些视锥细胞对波长短、能量高的光更敏感。当光照射到我们的眼睛的时候,每一个视锥细胞能测量到多少能量,就标志着我们大脑能接收到什么颜色。我们看见的彩虹,事实上就是可见光根据本身能量的排序而形成的。在彩虹的最上边是我们看到的低能量的红光,另外一边则是能量较高、我们所看到的蓝光。如果光照着我们,那就有我们视网膜无法识别的能量,我们就不可能看见它。波长太短或者能量太高的光波会在它到达视网膜之前,被眼睛的表面吸收;而那些波长很长的光波,根本没有能够刺激我们视网膜足够的能量。
光和光之间唯一的不同点就是它的波长。无线电波有很长的波长,然而X光射线有很短的波长。可见光,就是你现实可以看见的光,波长范围介于两者之间。虽然我们的眼睛无法看到可见光范围之外的光,但我们可以创造特殊的探测器。它可以被其它波长的光刺激,有点像数字眼,这些器件可以帮助我们感应那些我们自己无法看见的光。
所以,退一步,先想想这一切,即使它们是不同的。从一堆劈啪作响的火焰中感受到的温暖,和在一个美好天气中太阳晒着你时的温暖是一样的;还有紫外线,我们涂防晒霜来保护自己不受它的伤害;一样的事物还有你的电视、你的收音机,还有你的微波炉。这些例子都是地球上的事物,都是你每天要经历的事情。但是,这里还有一些更惊喜的事儿,我们的宇宙也散发着全光谱的光。
图解: 可见光谱只占有宽广的电磁波谱的一小部分。
试想一下,黑夜的天空你也许觉得是你的眼睛使你看到星星在闪,但那只是可见光,现在你该知道那只是全光谱中
很小的一部分光。如果我们只可以用可见光来描绘整个宇宙,这就好像只有一种蜡笔来画画,那很可悲。为了能看见全光谱中的宇宙,我们必须要有合适的眼睛,这就意味着要用特殊的望远镜来帮助我们看到可见光之外的光。也许你听说过哈勃太空望远镜,也看到过它用可见光和紫外光拍摄的惊艳的照片。但是你也许不知道,在地球轨道上分布有20个太空望远镜,每一个望远镜的任务是看到全光谱的不同部分。
图解:可见光波长的激光
让望远镜作为我们在外太空虚拟的眼睛,地球上的我们可以看到一些神奇的事物。然而最酷的事情是不考虑波长和能量,我们所能看见的遥远宇宙的光,和我们在地球上所能体验到的光是一样的。因此,由于我们知道了X射线、红外线、紫外线、微波在地球上的物理工作原理,我们可以研究一个遥远恒星或星系的光,也就可以顺理成章地知道在那里发生了什么事。
所以在日常生活中,在你所看到和看不到的时候去留意思考,只是了解关于自然世界的一点点,就可以帮助你一直感受到身边的全光谱世界。
参考资料
1.Wikipedia百科全书
2.天文学名词
3. xuanyu shi- Qiwen Lu-流星魂
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