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第四章 上帝的注视和滴水的水龙头(第4页)

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这是因为光(电波)从地球到月球的来往时间是2.6秒。

从火星轨道的人造卫星发出的信息,最快要经过20分钟才能到达地球。

1989年8月,我们接收到旅行者2号宇宙飞船从海王星(une)传来的图片,上面显示了海王星及其卫星呈弧状半环的影像。

这些图片以数字方式储存,以光速传送,要5小时才能到达地球。

这是人类有史以来的最远距离通信之一。

光波、光子、无介质传播

从许多方面来看,光是一种波。

例如,想象光在一间暗室中经过两条平行窄缝的景象。

光通过这两条窄缝后,投射在荧幕上的影像是什么样的?答案是:条纹。

更正确的答案是:一系列的条纹影像,叫作“干涉图像”

(iern)。

光的传播和子弹不同,子弹经过窄缝后还作直线飞行,而光经过窄缝后,以波的方式从这两个窄缝散播出来,向各角度发散。

光的波峰射到的地方,就是亮条纹的地方,叫作“相长干涉”

(struterference);波谷射到的地方,就是暗条纹的地方,叫作“相消干涉”

(destruterference),这种干涉现象就是光的特性。

同时穿过码头的木柱排的两个空隙的水波,相遇时也会产生这种干涉现象。

但光也能像子弹一样传播,我们称之为光子(photons)。

常见的光电池(如摄影机或光电式计算机中的电池)就是利用这一特性。

光子每次撞击对光敏感的薄面就会释放出1个电子;许多光子撞击就会放出许多电子,形成电流。

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。

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