我們生活在一個充滿光的世界裡,那麼光的本質是什麼?

2020-11-26 時空通訊

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光有狹義的光和廣義的光之分。

從本質上來說,光就是電磁波,整個電磁波譜都屬於廣義光的範疇。而我們人類眼睛能夠看到的光叫可見光,是電磁波譜中一個窄窄的波段。

電磁波有波長和頻率兩個特性,電磁輻射能量越強,頻率越高,反之,能量越低,波長越長。按照電磁波頻率或者波長把各種電磁波排列起來,就是電磁波譜。按照每種電磁波頻率從低到高,波長從長到短排列,整個電磁波譜為:無線電波(包括長波、中波、短波、微波)、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。

人眼睛只能夠看到可見光,波段在380nm~760nm之間。而無線電波波長最長,從0.1mm到3000m;伽馬射線波長最短,只有0.1pm~1pm(萬億分之一米)。頻率則正相反,無線電波頻率最低,在3kHz~300GHz,γ射線可達到10^24Hz。

我們人類觀測所有的事物都是依賴電磁波,可見光和不可見光,都是人類觀測利用的工具。不管是對遙遠深空天體的觀測,還是對微觀世界原子級甚至粒子的觀測,都是利用電磁波。比如可見光有光學望遠鏡、顯微鏡,不可見光有射電望遠鏡、射線望遠鏡、電子顯微鏡等等。

現在來說說可見光。

我們人類肉眼看到的一切,都是利用可見光。可以說,沒有可見光,人類就兩眼一抹黑,什麼也看不到。

整個電磁波譜波段從萬億分之一米到3000米甚至更長這麼一個範圍,可見光波段只佔有380nm~760nm這麼一小段,總長只有380nm。一納米為一億分之一米,也就是說可見光只有百萬分只3.8米這麼一段,約一個病毒大小。

但就是這麼一小段,卻生發出了五彩繽紛的世界。

我們看到彩色的世界其實都是光的傑作,是人眼和人腦經過百萬年進化對可見光適應,並且對不同波段光敏感區分的結果。人眼是一個非常複雜的器官,視網膜內有800萬個左右的視錐細胞,1.25億個視杆細胞,這些細胞在人的眼中,把可見光區分出了無數小段,每一個小段都能夠反映出不同的顏色。

我們通常看到的光都是複合光,如陽光、燈光等,一般都是以無色或稱為白色出現。實際上每一納米不同波段的可見光,都有不同的顏色,混合在一起,就成為無色光。通過稜鏡可以把複合光色散分離出來,就能夠看到光譜了。

可見光光譜可分為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七色。

這是人們為了更好地表述利用光譜顏色,而把光大致分出的顏色。這七色光紫色波長最短,紅色波長最長,具體大致為:紫色380~450nm,藍色450~480nm,青色480~490nm,綠色490~570nm,黃色570~590nm,橙色90~620nm,紅色620~760nm。

實際上,這七色是慢慢過度的,並非斷崖式分開的,在一些不同的資料中有不同的分色法,七色波長也是大致的,各有出入。七色光不同的量的混合,理論上能夠得到無數的色彩。僅在計算機裡,通過紅、黃、藍三基色調和,用1個byte表示一個顏色分量,可劃分出0~256範圍,組成16777216種顏色。

我們看到的世界是彩色的,就是光合成的效果。

在光源的照射下,各種物體對光的吸收、反射、折射、衍射的不同,就會顯示出不同的顏色。

這個過程是:光線照射到某物體上,物體吸收了一部分波段的光,反射一部分波段的光,這些反射光混合成為某種顏色,實際上就是被吸收光的補色。如陽光照射到樹葉上,樹葉吸收了處於380nm~450nm波段的紫光,而其他顏色的光被反射出來,混合而成映入我們眼帘的就是黃綠色。

不同的物體對不同波段的光吸收度不一樣,吸收掉的光我們就看不到了,沒有吸收的光反射出來就呈現在我們眼中各式各樣的色彩,由此我們就看到了色彩斑斕的世界。

這就是光的本質和光的世界。

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