zt 眾所周知，顏色對人的心理和生理影響很大，就好像我們選擇的食物會對身體健康產生不容忽視的影響一樣。顏色對精神和生命活力起到非常重要的作用，同時也會刺激人的心理。 紅色象征著熱量, 活力, 意誌力, 火焰, 力量,憤怒和血液的循環, 與它相關的有活動(運動),激情,性欲, 唯物論, 生命力, 生存本能, 自然偉力, 恐懼, 堅強的意誌或自信, 忠誠, 動機, 大度, 財富和幽默. 紅色是一種與生殖係統有關的情緒型顏色。 紅光是所有可見光中波長最長, 能量最低的. 嬰兒能見到的第一種光就是紅光.它通常有激勵作用, 對治療一些疾病的過程中比如低血壓,風濕, 麻痹, 各種貧血, 以及結核病的惡化狀況都有很好的效果。 紅色象征著熱量, 活力, 意誌力, 火焰, 力量,憤怒和血液的循環, 與它相關的有活動(運動),激情,性欲, 唯物論, 生命力, 生存本能, 自然偉力, 恐懼, 堅強的意誌或自信, 忠誠, 動機, 大度, 財富和幽默. 紅色是一種與生殖係統有關的情緒型顏色。 紅光是所有可見光中波長最長, 能量最低的. 嬰兒能見到的第一種光就是紅光.它通常有激勵作用, 對治療一些疾病的過程中比如低血壓,風濕, 麻痹, 各種貧血, 以及結核病的惡化狀況都有很好的效果。 讓光暫停 光，恐怕是我們再熟悉不過的事物了。聖經中記載上帝耶和華創世紀一節中，他第一件事就是創造了光，雖然這隻是宗教神話，但正反映出人們對於光的重要性和普遍性的深刻認識。從我們出世睜開好奇的雙眼開始，光帶給我們的視覺刺激便伴隨著我們認識世界。蒲а芯勘礱鰨?死嘍雜諭飩緄娜鮮毒?蟛糠擲醋允泳跎係男畔ⅲ?褪撬倒庠誚濤頤僑鮮墩飧鍪瀾紓?揮泄猓?薹ㄏ胂笤諞桓齪詘檔氖瀾韁校?頤薔烤苟雜謖飧鍪瀾緇鼓苡卸嗌倭私狻? 既然光無處不在，也許你已經視而不見了，但是，你真的了解光嗎？光究竟是怎樣一種東西呢？從最初的粒子理論到後來的波動理論，再到今天的波粒二相性，人們對光的認識已走過了很長的一段曆程，甚至直到今天仍未停止。並在前不久最終實現了對光的暫停控製，實現了人類曆史上另一個童話。 什麽是光？ 雖然我們每天都在接觸光，應用光，可真正具體到光是什麽？卻很少有人能給出精確定義。在經典物理學上，粒子理論認為光是由一個個獨立的光子構成的。到十七世紀晚期Christian Huygens提出了波動理論，認為光是一種特殊的波而不是粒子集合，1807年Thomas Young又用光的衍射行為進一步證實了這一理論。可就在人們決定接受新的波動理論的同時，卻不知如何去解釋用粒子理論很好理解的光的鏡麵反射行為。光到底是什麽，是一種粒子，還是一種波？ 1905年愛因斯坦提出了著名的光電效應，認為紫外線在照射物體表麵時，會將能量傳給表麵電子，使之擺脫原子核的束縛，從表麵釋放出來，在此愛因斯坦將光解釋成為一種能量的集合——光子。後人又將這一理論進一步深化，創建了量子物理，認為一切物質都具有波粒二相性，隻是二者所占比例不同，所以光既是一種波，同時又是由一個個光子構成。但光作為一種獨特物質，它的波動性還是占主要方麵。 在此為了更好的理解光的波動性，我們首先來看看大家熟悉的水波。雖然名為水波，它卻不是由水構成的，而是由穿過水的能量形成，也就是說當你用手在水中滑動，使之形成水波由左向右傳播，並不是左邊的水向右運動的結果，而是你將自身的能量傳遞給水，它借助波的形式在水中傳播，此過程中水分子隻是上下振動並沒有離開原來的位置。舉一反三所有的波都是運動的能量，傳播時大多都需借助類似於水的不同的介質。光波也是如此，隻是略微複雜一些，能量以電磁場的形式存在，可以不依靠介質在真空中傳播。 與其他波相似，光波也有波長、頻率等幾個主要表征參數。我們平日熟悉的可見光、紅外線、紫外線、x射線等說法就是光波按波長劃分後的叫法，其中可見光的波長是在400到700埃（1埃＝十億分之一米）之間，光譜右端波長最短的γ射線隻有1埃，左側波長最長的電磁波的卻可以達到幾個厘米甚至幾米。根據公式：c（光速）＝λ（波長）X ν（頻率），光速作為一個定植，所以不同波長的光，頻率也不同，可見光的頻率範圍處在430萬億赫茲（紅光）與750萬億赫茲（紫光）之間，整個光譜的頻率卻可小到十億赫茲之下（電磁波），大到3 X 1010十億赫茲之上（γ射線）。作為能量的一種傳播方式，光能E = hυ（υ—頻率），即波的能量與頻率成正比，不同頻率的波具有不同的能量，可見光中紫色光的能量最高，紅色光的能量最低。 從機理上明白了光是什麽之後，接下來我們就要解決光來自何處的問題？ 光子的產生 由上節可知，光具有波粒二相性，是一種以電磁波形式傳播的特殊粒子——光子，由光源產生，被各種物體反射、折射進入人眼，並被感知，所以我們才能看到周圍的景物。但是什麽樣的物體才是光源，是不是所有的物體都能產生光子呢？光子的產生途徑又是什麽呢？ 表麵光子產生的途徑很多，但歸根揭底遵循的都是一個機理——光電子理論。原子都是由原子核和核外電子構成，電子在自己的固定軌道上繞核旋轉。根據能量最低原理，電子總是首先填充能量較低的軌道，處於穩定的基態；當獲得一個額外能量，使它能夠爭脫核的束縛時，便可向高能量軌道躍遷，處於不穩定的激發態。此時該電子可通過向外輻射光子的形式降低自身能量回到基態，而光子的能量正好等於兩個軌道能量之差。這種現象在我們日常生活中是非常普遍的，在很多工廠和公園中都可以看到發著黃光的鈉氣燈。學過化學的人都知道，鈉原子核外有11個電子，分布在3個軌道上，最外層隻有1個電子，稱為3S電子，受到外界激發時發生躍遷會釋放出波長為580納米的光子，正好處於黃色可見光的波長範圍。 激發原子最常用的方法是加熱，當用噴燈加熱一塊馬蹄鐵時，它會隨著溫度的提高先變成紅色，達到足夠熱時會變成白色。這是由於紅色光的能量最低，少量的熱量就可將電子激發到一個最臨近的高能軌道，回歸時便釋放出能量較低的紅光。繼續加熱，受激發的電子數目增加，躍遷到不同的軌道，回歸時釋放出不同能量的可見光，相互疊加便成為白光。利用這種原理，人們用不同的方式產生熱，再激發不同的元素，製造出各種形式和色彩的燈： 鎢燈：最常用的白熾燈的燈絲選用鎢，具有很大電阻，通電可以產生很高的熱量，同時燈泡中充滿惰性氣體防止燈絲氧化，可以產生亮度很大的白光。 氣燈：很多信號燈用天然氣或煤油作為熱源。 熒光燈：用電直接激發原子，而不是產生熱量，可以防止額外的熱量散失，達到節能的要求。 激光器：利用能量激發一種激光介質，產生特定波長的光。 化學燈：利用化學反應提供能量激發原子。 光的顏色 大家最熟悉的光，當數無處不在的太陽光了，是它給了我們光明和溫暖，可是要叫你形容一下它的樣子，會是怎樣？晴朗天氣裏是無色的，是白光；雨後天晴時，是七彩顏色的；太陽光會變色？事實不是這樣的，在任何時候太陽光都是有顏色的，可見光譜裏根本沒有白光這一波段，它之所以呈現無色是紅、橙、黃、綠、青、藍、紫這七種顏色的光疊加的結果。要證明這一點很簡單，由於七種顏色的光的頻率不同，相對玻璃的折射率不同，拿一個棱柱形的玻璃放在陽光下就會看到類似彩虹的七彩光，可繼續使之通過另一個棱柱，這七彩光又會合成一線白光。受此啟發人們找到了製造彩光的方法： 不同顏色光的疊加：既然七種不同顏色的光疊加可以合成白光，那麽其中的幾種疊加會產生什麽樣的結果呢？不妨讓我們做這樣一個實驗，取三個手電筒，分別用紅色、綠色和藍色的彩紙遮住，來到一個黑暗的房間，讓三柱光束相互疊加，便會發現紅光和藍光疊加會呈現紅紫色，紅光和綠光疊加會顯示黃色，綠光和藍光疊加會顯示青色。而黃色和藍色，紅紫色和綠色，青色和紅色分別疊加都會得到白光。 吸收特定頻率的光：人們之所以看到某個物體的存在是由於該物體將光折射入人眼，並被其感受的結果，因此我們可以通過某些方法在物體折射光的時候，使之吸收某些特定頻率的，這樣到達人眼的隻剩下了白光中的一部分，它們相互疊加就會顯示出不同的顏色。油漆和染料就是利用這個道理，吸收某些頻率的光，使物體在人眼中呈現不同的顏色。還有綠葉之所以呈現綠色也是由於葉片內的葉綠素能夠吸收陽光中的藍光和紅光的結果。 為了更好的理解這種方法，我們可以自己在家做一個簡單的實驗，取一個黃色的香蕉和一個被藍色彩紙遮蓋的手電筒，然後進入一間黑暗的房間，將手電筒照在香蕉上，會看到什麽？一個誘人的香蕉，不！你什麽也看不見，因為香蕉皮可以吸收藍色光，黑屋子裏又沒有其他光源，所以香蕉沒有反射任何光進入你的眼睛，除了一束藍色光柱，什麽都看不見。再進一步驗證可以取紫紅色、青色和黃色三種顏料，像右圖那樣放置。會發現將黃色和紫紅色調和在一起會得到紅色，青色和黃色調在一起會顯綠色，青色和紫紅色調在一起顯藍色，這是部分頻率的可見光被顏料吸收的結果。而將黃色和藍色，紅色和青色，紫紅色和綠色分別調和都會得到黑色，此時所有可見光都被吸收掉。 說到此細心的讀者可能會發現，這個結果與我們美術老師所講述的顏色調和的知識矛盾，老師告訴我們用蠟筆將黃色和藍色畫到一起會得到綠色，而不是上文所說的黑色，誰說得對呢？其實二者都對，差別在顏料的吸收能力上，平時所使用的蠟筆等顏料都不是很好的吸收劑，它們不能吸收掉所有的其他顏色（頻率）的光，例如黃色的蠟筆隻能吸收藍色和紫色，而反射紅色、橙色和黃色；藍色蠟筆也隻吸收紅色、橙色和黃色，反射藍色、紫色和綠色，所以用蠟筆將藍色和黃色畫到一起，會呈現綠色而不是黑色。 人類對光的控製 從科學進展的原動力上來說，研究一件事物，就是為了更好的應用它為人類服務，對光的研究也不例外。在從根本上掌握了光是什麽，光是如何產生的，光的各種顏色等基本問題之後，人們開始使用不同的方法去控製光，以滿足不同的需要。 透射：光在傳播過程中如果遇到這樣一種物質，其電子的激活能遠遠高於或遠遠低於光子的能量，所以不吸收任何光子，光可以毫不受影響地穿過，這就是光的透射。不過由於能量不同，一種物質對某種光是透明的，對其他光可能就是不透明的。例如高頻的γ射線和x射線能夠很容易的穿過玻璃，而低頻的紫外線和紅外線卻被擋在一側。這樣就可實現對光的過濾，為了得到很好的單色光許多光學儀器都使用濾波片，應用的就是這一原理。 吸收：與透射情況相反，當光波的能量與材料電子的激活能相近時，光子便會被電子吸收，使之能量升高，擺脫核的束縛，並通過碰撞將部分能量傳給原子核，加劇核的運動，使物體的宏觀溫度上升。冬日穿深色服裝就是為了最大限度的吸收太陽光，達到保暖的目的。 反射：不同材料的原子核對核外電子的束縛也是不同的，很多物質例如各種金屬、玻璃的電子受束縛都比較弱，尤其是最外層電子，可以自由移動。此類電子吸收入射光子的能量之後運動加劇，並不把能量傳遞給臨近的原子核，而是將能量以與光的形式反射出去，並與入射光的頻率相同。人們從鏡子中可以看到一個與實際完全相同的像，利用的就是這一原理。 折射：入射光的頻率接近電子的本征振動頻率時，會深入物體內部，引起電子的微小振動，將能量傳給原子核，核再使光波以原來頻率透出物體，但這個過程需要一定的時間，使得光同時在介質和空氣中傳播。由於速度不同，會在界麵處形成一個折點。雨後彩虹的出現，就是大氣對陽光折射形成的。 以上介紹的是光傳播的最基本的原理，根據此我們可以選擇不同的材料，設計不同的光路，滿足不同的需要。到此我們可以通過點亮一盞燈製造光，然後用黑瀝青吸收掉來消滅光，並能夠量度它，改變其行進軌跡，甚至使它減速慢下來。利用光我們可以推進空間飛行器，或者傳輸電話信號，此外還可以用它進行外科手術。如此看來人們已經能完全控製光了，其實不然，人們過去一直很難做到：讓光暫停，也就是說在光運行的軌跡上使其停止，然後完全按照原來的樣子再將其釋放。 讓光暫停 雖然在過去由於技術條件的限製，讓光暫停被看成是不可能的，但最近隨著各項技術的完善，科學家們已經明白如何去完成這樣一件事了。就在去年，哈佛大學的物理學家們完成了一個實驗。他們用激光照射一個充滿原子蒸汽的玻璃容器中，激光進入容器後並沒有出來，這並不是說激光被消滅或者吸收了，確切地說，它們是被“儲存”起來了，隻等科學家們一聲令下就完好無損地重新出來。這個激光脈衝在進入容器之前足有數公裏之長，但是它能夠進入隻有區區幾厘米寬的容器中而且如此合適，這是魔術嗎？當然不是，這就是量子效應。 截住光子這個“不可能完成的任務”是由兩個團隊完成的。一個是由隆•華斯沃茲（哈佛－史密斯天體物理研究中心）領導的，另一個是由林尼•郝（哈佛大學物理係）領導的。其中華斯沃茲的小組是利用加熱的銣蒸汽進行實驗的，而郝的小組則是利用超低溫的鈉蒸汽達到同樣的目的。 哈佛大學的研究小組正是通過增加光子——構成光的微粒，沒有質量的的質量來達到截停激光束的目的。這個實驗中需要兩束激光束：一個控製束和一個信號束，信號束是用來被攔截的。首先利用控製束，華斯沃茲的小組使玻璃容器中的銣蒸汽具有散射性，也就是說光通過容器時的速度將對光的顏色有很敏感的依賴性（這在一定程度上與棱鏡的原理相近，但具體的色散譜不相同）。在這樣一個散射氣團中，原子與光子進行強烈的相互作用，正是這種與原子間的反應有效地放慢了光子的速度，使其變得好像蠕動一般。物理學家稱這樣一個原子－光子係統為“極化對”。接下來，科學家們降低信號束的強度，直到“極化對”全部原子化了，即容器內沒有光子了。但光子所留下的效應或者說印記還在——就表現在容器內的原子上。原子運動著，就像一個陀螺一樣旋轉著。（物理學上稱之為具有角動量），有信息顯示，消失的激光脈衝是像一個信號一樣，以原子自旋軸的上下方向不同的形式而存儲起來了。而要釋放這樣一個存儲的信號比較容易：隻需另一束激光直接入射到容器中就能將其釋放。在不遠的將來，這項技術將使原子與光子間量子信息的有效的、可逆的映射成為可能。 該技術的應用前景將是令人瞠目結舌的：假設你有一些信息存儲在原子中，你可以將它映射到光信號中，然後將其傳送到其它原子群，並在那裏留下你的信息。這就是“量子通信”。量子通信將來可能會用來傳送超級安全信息。量子世界的一個神奇之處即在於隻要察看一個係統即已經改變其特性。換句話說，你想接觸一份量子信息而不留下任何蛛絲馬跡是不可能的。所以，你不可能截獲一份信息，破譯後又傳送到接收者手中而不讓其發現任何破綻。 這聽起來是不是有點熟悉？如果你是“星際迷航”這一科幻係列的愛好者，會熟悉每當科克船長要訪問外星，他的傳送機就通過光束將外星上的原子重排以匹配其自身的分子形式。這可以說就是量子通信的一個極端例子。當然，很長時間之內，這樣一種傳送機都將會隻是科幻而已，但科學家們的工作無疑是向著這一方向前進了微小的一步。 在不遠的將來，這項技術可能會帶來一種新型的計算機——量子計算機。量子計算機存儲和讀取數據是通過控製單個原子的量子態（比如說自旋方向）來進行的。由於即便是隻有針尖大的一塊物質，其原子數目也是大的驚人，因此說，量子計算機的潛力簡直無法估量。計算機的原理是二進製數字，也就是“０”或者“１”。量子計算機則是通過量子態的變化來紀錄不同狀態，舉例來說，自旋軸水平代表“０”，垂直代表“１”。這樣的計算機能夠有效工作的一個前提就是能夠截住光子，並改變其量子態，然後在次將光子釋放。目前科學家按照此順序進行的實驗：入射激光改變了原子的量子態，而且由此原子釋放的激光保留了這些改變的信息。 在這樣一個奇異的世界中——科學家們隨心所欲地攔截、捕捉和釋放原子，真是奇妙無窮。
