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01 光是什么 What is Light(第5页)

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今天,我们已经将颜色的物理属性与它的生理学特性(对颜色的感觉)分离开来了。

个体对颜色的反应是各不相同的。

事实上,基于这个原理,彩光甚至可以用来进行医学治疗。

从艺术的角度来看,我们的意识脱胎于对某种特定颜色光的感知,这种解读十分重要,可以简单地理解成感知颜色是非常重要的。

然而,从物理学角度来看,我们可以明确地为“颜色”

这一标签赋予一个基本物理特性——频率,至少在我们进入量子光学领域之前可以这么做。

光的范围远远超出了可见光谱的范围。

从蓝色可见光的一端向不可见光区域扩展,会依次经过紫外线、远紫外线谱区,接着延伸至X射线、γ射线谱区。

从红色可见光的一端向反方向扩展,则会依次经过红外线、微波、无线电波直至T射线[1]谱区(见图4)。

要“看到”

它们,仅仅用肉眼是不够的,我们还需要借助其他各式各样的工具,但至少我们已经知道这些“颜色”

的光是存在的。

例如,我们之所以能够感受到太阳的温度,是由于我们的皮肤吸收了太阳辐射出来的红外线;低频微波常常被用于手机通信,还可以通过加热食物中的水分来烹饪食物。

波长较短的不可见光也很常见,例如太阳辐射出的紫外线会导致皮肤晒伤,而X射线常常被用于医学成像。

X射线也被应用在很多非医疗领域,例如可以利用X射线衍射图揭示分子或者固体的结构。

将X射线照射到分子或者固体中时,如果其构成原子是规则排列的,那么经过这些原子散射出来的X射线会形成一定的图案。

即使原子之间的距离是人类头发丝直径的万分之一,我们也可以从该图案中推断出原子的排列结构。

最著名的例子也许就是半个多世纪前,詹姆斯·沃森(JamesWatson)和弗朗西斯·克里克(FrancisCrick)根据罗莎琳·富兰克林(RosalindFranklin)(图3右图)与莫里斯·威尔金斯(Mauris)拍到的X射线衍射图确定了DNA的分子结构。

这一发现让我们了解了分子的复制机制,为生物医学领域带来了巨大的变革。

图4 电磁波谱

这些应用都显示了光的重要性。

从广义上讲,光帮助我们构建起现代世界,并让我们能够充分享受现代科技。

这一切都仰仗19世纪许多科学家的基础研究工作,他们是:迈克尔·法拉第(MichaelFaraday)、汉斯·克里斯钦·奥斯特(HansOersted)、安德烈·马利·安培(AndréMarieAmpère)、查尔斯·奥古斯丁·德·库仑(CharlesAugustindeb)、亚历山德罗·伏特(AlessandroVolta)、乔治·欧姆(GeOhm)、詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(JamesClerkMaxwell)和海因里希·赫兹(Heiz)。

可见光与其他与之大相径庭的不可见光,如微波和X射线之间,存在着某种联系,这种联系非常引人注目。

能够发现这种联系可以说是这些科学家以及其他贡献者取得的一大胜利。

色域,或者称为光谱,为艺术和科学提供了工具。

画家或者艺术家致力于探索如何对各种色彩进行组合,而光谱学家注重探索物质对不同颜色的反应。

例如,在19世纪早期,约瑟夫·冯·弗劳恩霍夫(JosephvonFraunhofer)通过观察太阳辐射出的某些特定颜色的光,从而确定了太阳存在的一些原子类型。

他留意到太阳光谱中缺失了一些特征颜色,并指出这些颜色是某些特定原子的“指纹”

光谱研究是光谱学的领域之一,它利用光来识别不同的原子和分子。

现在,光谱学是一项很重要的学科,对从健康监测到远程检测大气污染物等多个领域都有着重大影响。

除了这些为人们所熟知的性质,我还想指出光的另外一个性质。

它也存在于我们日常生活中的各个方面,只不过没有光的其他性质表现得那么明显。

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