第二章 认识一下真实的光

光究竟是什么？为什么同样的光，照射在不同的物体上会呈现出不同的色彩？所有的光都是可以看见的吗？这些问题都等待着我们去研究、去解答。
 
光的基本知识
 什么是光
光是人类眼睛可以看见的一种电磁波，也称可见光谱。在科学上的定义，光是指所有的电磁波谱。
光是由光子为基本粒子组成，具有粒子性与波动性，称为波粒二象性。光可以在真空、空气、水等透明的物质中传播。对于可见光的范围没有一个明确的界限，一般人的眼睛所能接受的光的波长在380～760纳米之间。
人们看到的光来自于太阳或借助于产生光的设备，包括白炽灯泡、荧光灯管、激光器、萤火虫等。
光是一种物质，因为它是一种客观存在。对于它的存在，可以被人类的器官所察觉。
例如，太阳光照在我们身上，便会感到温暖或躁热；通过光，我们的眼睛就可以感到光明，并且可以看到周围物体的颜色和形状。
不仅如此，光还可以转变为物质的其他形式，例如，太阳光照在我们身上，就转换能量为热能。同样，光能也可以转化为化学能。
有些东西本身会发光，如太阳；有些东西本身不会发光，如月亮。本身会发光的物质直接就可以被人们看到，本身不会发光的物质只有当光照在它身上，它把光反射或散射时才会被人们看到。月亮之所以被人们看到，就是它反射了太阳的光的缘故。
人的视觉是由于有光投入到人的眼睛而引起的，如果没有光进入眼睛里，人就不会看见东西。
 什么是光速
光速是光波或电磁波在真空或介质中的传播速度。光速是目前已知的最大速度，物体达到光速时动能无穷大。
真空中的光速是一个重要的物理常量。
光速定义值：c=299792458m/s=299792.458千米/秒（一般取300000千米/秒）
光的分类
光无时无刻不伴随我们左右，光的现象包括灯光、太阳光、星光以及动物本身发出的光，如萤火虫等。在开始进行光的分类之前，首先了解一下光源的含义。
 冷光源和热光源
自身能够发光的物体称为光源。科学家们又将光源分冷光源和热光源。
那么什么是冷光源呢？冷光源是指发光不发热（或发很低温度的热）。如萤火虫等，就属于典型的冷光源。
反之，热光源就是指发光发热（必须是发高温度的热）。如太阳等，就属于典型的热光源。
 某些光的分类
其实，在某些时候，光源也可以分为以下三种：
第一种是热效应产生的光，灯泡就是很好的例子。此外，蜡烛等物品也一样。此类光随着温度的变化会改变颜色。
第二种是原子发光。荧光灯灯管内壁涂抹的荧光物质被电磁波能量激发而产生光。此外，霓虹灯的原理也是一样。原子发光具有独自的基本色彩，所以，彩色拍摄时需要进行相应的补正。
第三种是原子核发光。这种光携带有强大的能量。太阳光就是很好的例子。
 
人的视觉与光
光如此重要，其中的一个重要原因在于它是人的视觉所必需的。视觉是人类主要的感觉，构成了大脑活动能力的大部分。人类大脑的绝大部分的复杂功能是在被称作大脑皮层的区域进行的（大脑表面的一组细胞层），而且人类大脑一半的大脑皮层在某种意义上和视觉有关。
只有眼睛对光敏感时，视觉才成为可能。2000年前，人们相信眼睛之所以能看见东西是因为眼睛自己能产生光。但这是不对的。眼睛接受光，但是它们并不产生光。所有能产生光的物体，比如说太阳或者是电灯泡，都是可见的。因为它们所产生的光为眼睛所捕获。任何不发光的物体，比如说这本书，只有在反射光的情况下才能被看见。
由于光的传播速度快，人们过去以为光可以瞬间从一个地方传播到另一个地方——换句话说就是，他们认为光速是无限的。但是，光有明确的速度，比“无限”快要慢多了。在真空中，光以30万千米／秒的速度传播，在地球大气层中海平面的光速要稍微慢一些。
这个速度在密度更大的物体里将更加减慢。这速度是出奇的快，正好可以解释为什么光穿过一条街道或者是从一个房间到另一个房间，看起来根本不用时间。但是，这个过程并不是瞬间的。光从太阳到达地球需要8分钟的时间；从半人马座阿尔法星到地球则需要4.3年。
最重要的光的来源——太阳辐射
 照耀我们的太阳光
虽然光的确切本质还不是十分清楚，但是，地球上光的最主要来源是太阳却是再确定不过了。来自于太阳的光（还有其他的电磁辐射）叫做太阳辐射。接下来，在太空中最亮的要算是月亮了。它能有光，是因为它反射了太阳光。
太阳辐射在许多方面都很重要。它提供充足的光线，使人类能看见物体。但是，它能做的却远远不止这些。电磁波振动的电场和磁场（以粒子形式来看或者是光子）都是一种能量形式。太阳辐射提供了必不可少的能量源。假如没有这些能量，地球上就没有生命了。人们从黑暗冰冷的房间走到阳光底下的时候，总是能感觉到太阳辐射的温暖和能量。没有太阳，地球将是一个冰冷、黑暗、没有生命的地方。
即使是阳光照射量上的微妙波动，也会导致地球气候的重大变化。火山爆发释放出大量的烟雾和气体进入大气层。这样一次大规模的烟尘会阻挡或者是吸收大量的阳光，使得阳光不能到达地球表面。其后果是一段时期温度下降——有时候足以影响世界活动。比如，1811年在亚速尔群岛，大西洋上离葡萄牙海岸大约1600千米的一组岛屿，发生了一次大规模的火山爆发，导致欧洲次年的严冬。这正好发生在法国统治者拿破仑·波拿马决定远征俄国的那一年。拿破仑的军队对严寒天气毫无准备，因此遭遇了一场大败，并导致了几年后拿破仑政权的灭亡。如果拿破仑是个出色的物理学家的话，那么欧洲的历史将大大改写。
 红外线和紫外线
太阳发射出大量的光，但可见光只是电磁光谱的一小部分。太阳发出不同频率的射线，其中超过一半多的是红外线。红外线的得名源自它的频率比可见光中频率最小的红光只低了一点点。红外线因此就叫做低于红光的射线。太阳也同样放射出许多频率高于可见光中频率最高的射线——紫外线。紫外线的得名也是源于它的频率高于可见光中频率最高的紫光。
虽然人们不能看见红外线或者紫外线，但是电磁光谱中的这些部分具有重要的作用。红外线和热量联系在一起。紫外线使人的皮肤变黑——它是晒黑和晒伤的主要原因。紫外线会对人体造成伤害，因为它会破坏DNA，所以皮肤细胞就会释放出吸收紫外线的色素分子。这就是皮肤变黑的原因。
幸运的是，绝大部分紫外线辐射被大气层所阻隔，特别是含有大量的臭氧分子的臭氧层。如果没有臭氧层的保护，人类就根本不能暴露于阳光之下。由于地球的大气层对紫外线以及其他危险射线的过滤作用，达到地球表面量最多的射线是占光谱一小部分的可见光。所以，比起其他部分，人类的眼睛对包含着更多太阳光的这段光谱更敏感也就不是偶然了。在白天，总是有足够的光线能让我们看清物体。
看不见的光线
我们通常所说的光，都与人的视觉有着密切的联系。那么，光的含义和范围是否仅限于引起人类视觉感知这一范围呢？当然不是。
正如前面所说，光是一种电磁波。在这样一种广泛的意义下，光的内容将包括紫外线、红外线、可见光线、X射线、伽玛射线等。我们司空见惯的无线电波，也是一种光。因此，光是一个复杂而庞大的“家族”。我们通常所见到的“可见光线”，只是这个“家庭”中很小的一部分成员。
这些其余的“光”，则是不能为人的眼睛所看见的。它们的客观存在，却时时刻刻地影响着人类的生产和生活。特别是在我们的世纪中，由于它们的广泛地应用，已经引起了人类实践活动的深刻变革。
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什么是光谱？太阳光通过棱镜时分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫几种不同颜色的光。这七种颜色按这个顺序排列起来就是光谱。