神通激光

第四節 誰持彩練當空舞

　　夏天的傍晚，一場大雨過去，山石房屋、花草樹木，一切都洗得幹幹淨淨，色彩格外好看。夕陽斜照，一道巨大的彩虹騰空升起，紅橙黃綠藍靛紫，誰持彩練當空舞？有人說，那是仙女的腰帶；有人說，那是天上的仙橋。這些，我們當然不信。可是，彩虹到底是怎樣形成的呢？

　　我們可以做一個小實驗，讓彩虹再現在麵前：嘴裏含一口水，背著太陽站著，嘴唇抿住，把水用勁朝前上方噴去。在這一片細細的小水珠裏，就可以看見一道小小的彩虹。等到水珠落淨了，小小的彩虹也就不見了。這個實驗告訴我們：彩虹和太陽對小水珠的照射有關係。原來，雨過之後，天空有很多很多的小水珠，太陽出來照在小水珠上，就出現了一道大彩虹。隨著水珠的慢慢消散，彩虹也就由濃變淡，逐漸消失了。

　　為什麽太陽照在水珠上就會出現鮮豔的彩虹呢？這是因為，太陽光，也就是我們平常見到的白光，原本就是由各種顏色組成的。這個奧秘，是英國物理學家牛頓揭開的。

　　1666年，牛頓做了一個有趣的實驗。在一間暗室裏，一束陽光從一條狹窄的窗縫透射進來，半路上遇到一塊三棱鏡，通過三棱鏡後投射到一幅白色的屏幕上，形成一條排列整齊的彩色光帶，依次為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫7種顏色。給這樣的光帶起個名字，就叫做光譜。牛頓得出這樣的結論：白光是由7種顏色的光組成的。這種白光分解成7種單顏色的色光的作用叫做“光的色散”。白光經過棱鏡分解的色光隻含有一個成分，把它叫做單色光；反過來，由單色光混合而成的光，就叫做複色光。太陽光和白熾燈光都是複色光。根據牛頓的實驗結果，我們不難對彩虹的形成原因做出解釋——那是因為水珠起著三棱鏡的作用，太陽光照射到這些水珠上，白光的7個單色成員因為受到水珠的折射而發生“分歧”，各走各的路——發生了色散。

　　既然白光是由7種顏色的光組合成的複色光，通過棱鏡可以分解成7種單色光，那麽，能不能用單色光組合成複色光來驗證呢？能。我們可以做一個簡單的小實驗。把一塊白紙板剪成圓形，按照一定比例分成7個扇形，依次塗上紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫7種顏色。然後，在圓紙板中心紮出一個圓滑的小孔，鬆鬆地穿在大鐵釘子上。它不動時，7種顏色清楚分明；如果用手把它撥得飛轉起來，這時再看，各種顏色逐漸混合，最後合成了白色。

　　在牛頓的實驗裝置中，如果在棱鏡和白色屏幕之間加入一個凸透鏡，則從狹窄窗縫進來的那束白光，經過棱鏡後分解成的各種色光，又被這個凸透鏡聚攏，合成為一條狹長的白色光帶而投射到屏幕上。這也證明，白光是由各種單色光複合而成的，因此，各種單色光可以合成為複色光。太陽光和燈光都是白光，因為眼睛能直接看見，我們就把它們叫做“可見光”。

　　可見光一家是由7個不同單色光成員組成的，每種單色光都有兩個不同的特征，即具有不同的波長和頻率。

　　光的波長和頻率是怎麽一回事呢？

　　我們來看一個生活中的實際例子吧。把一塊石子投進一片平靜的水塘裏去，水麵就會產生一圈一圈的波紋，並且大圈套小圈，小圈推大圈地向外傳播開去。水波的波紋，如同小波浪一樣，一起一伏地向前傳播運動。我們將湧起來的部分叫做波峰，將伏下去的部分叫做波穀。兩個相鄰的波峰峰頂的距離等於兩個相鄰的波穀穀底的距離，這段距離長度叫做波長。我們投下石子的大小和力度不同，水波波紋的疏密情況也不同，波紋疏的波長就長些，波紋密的波長就短些；而且，水波波紋的波峰變波穀或波穀變波峰，這樣上下起伏向前傳播運動的速度也不同，波峰與波穀之間高度差小（波長也小）的波紋，起伏變化就快些，波峰與波穀之間高度差大（波長也大）的波紋，起伏變化就慢些。波動起伏變化的快慢，叫做頻率。從這裏可以看出這樣一個規律：波長小的波紋起伏變化快，波長大的波紋起伏變化慢。

　　光是一種電磁波。如同水波一樣，光波也有它的波長和頻率。可見光一家的7個單色光，顏色不同，波長也不同，頻率也不一樣。光波的頻率用f表示，波長用λ表示，速度用C表示，它們的關係是C=f×λ。

　　光在真空中的傳播速度C是一個常數，即2.99792458×108米/秒。我們通常取光在真空中傳播速度的近似值——每秒30萬公裏，作為光在空氣中的傳播速度。由於光的傳播速度C為常數，因此，光的波長λ和頻率f互成反比，也就是說，波長短的光頻率高，波長長的光頻率低。

　　電磁波大家庭的組成，可見光一家隻不過是電磁波大家庭中的一小部分，波長從0.39微米到0.76微米，頻率從3.94×1014到7.70×1014赫茲。

　　白光一家還有許多遠親近鄰。在紅光的“外邊”有個親密的鄰居“紅外線”；在紫光的“外邊”也有個親密的鄰居“紫外線”；再往遠處，那親友就更多了。但是，這些遠親都是眼睛看不見的，稱呼為“不可見光線”。