正文 第1章 光的色散實驗(1)(1 / 3)

我們生活的這個世界色彩斑斕,但五顏六色是從哪裏來的?自古以來人們就一直在思索這個問題。古希臘大學者亞裏士多德認為,各種不同的顏色是由於照射到物體上的亮光和暗光按不同比例混合所造成的。中世紀時,隨著顯微鏡的發明,掀起了一個“玩光”的熱潮。人們利用各種光學元件觀察五花八門的光學現象。你看,凸透鏡能將小字放大;凹透鏡能使大字縮小;三棱鏡更是好玩,一束太陽光經過它折射後,會形成一條色帶,按紅、橙、黃、綠、青、藍、紫的順序排列。奇怪!白色的光通過三棱鏡後為什麼會變成七彩色帶了?英國年輕的科學家牛頓親手製作了兩個光學質量很好的三棱鏡,並設計了一個“判決性實驗”,來判定太陽光譜的形成原因。

光的自然色散

關於顏色,很早以前人們就已經發現並開始研究它了。古希臘的亞裏士多德認為它是人們的主觀感覺所造成的,所有顏色都是光明與黑暗、白與黑按比例混合的結果。17世紀前的歐洲,一直流行著這種看法。人們有了顏色的初步概念以後,又發現顏色不僅一種,不同的顏色引起人的視覺感應也不同。那個時期,人們對多種複雜顏色的最初感性認識是從虹開始的。在田間從事生產勞動的人們常常發現,每當雨過天晴的時候,在太陽和雲霧共存的天空中,背著太陽的雲氣中呈現出一道絢麗多彩的光環,這光環是由五種顏色組成的。這一美麗的自然景觀引起了人們的極大關注和興趣,人們開始研究這一有趣而又奇妙的現象。把這美麗多彩的光環叫做虹。

虹到底是什麼?它是怎樣形成的呢?勞動人民在長期的生產勞動中進行了大量的觀察研究,最後,人們發現,虹不是在任何時候,天空中的任何位置都能出現,它總是出現在和太陽相對方向的雲氣中,沒有雲就不會見到虹,在沒有太陽的陰沉天氣中也不會見到虹。這是人們早期對虹的出現條件,以及虹所出現的位置規律的初步認識和掌握。到了唐代,對虹這一自然現象的成因有了比較科學的解釋。人們通過對虹的觀察看到了五顏六色的現象,這是最早的顏色感觀。

中國古代勞動人民不僅大體上認識了虹的成因,而且在長期的生產實踐中,他們發現用實驗的方法能產生霓虹現象,這就是人工造虹。公元8世紀中葉,那時候民間有一位名叫張誌和的讀書人,他善於開動腦筋,遇事總要琢磨個究竟,對一切新奇的現象都很感興趣。最早一次人工造虹的成功是在一個大雨過後的晴朗的天氣中,他站在院中望著天邊的彩虹,他想,既然太陽照射雨滴就能產生虹,那麼用水滴代替雨滴也應該能產生相同的現象。他在這突發奇想的驅使下,進行了一個人工造虹的實驗。他對著陽光噴射水滴,起初,他迎著陽光做這種試驗,結果沒有發現產生光環。於是他調整自己的觀察角度,經過多次多角度的調整,最後發現,如果背著陽光噴水就能看到空氣中所出現的五顏六色的光環,當他看到這一和陽光照射雨滴後產生的光環一樣的景觀時,他高興極了,馬上回房提筆做了記錄,記下了這一景觀產生的過程。這是史料記載的我國古代勞動人民第一次用實驗的方法研究虹。

人們認識了虹的成因,又有了人工造虹的經驗,於是就把它推而廣之,當人們看到瀑布下泄

水珠四濺,他們就仔細觀察,結果發現,瀑布下濺出的水滴經日光照射後,也能形成七彩的霓虹。唐代詩人張九齡《湖口望廬山瀑布》中就有“日照霓虹似”的詩句。這樣,人們就把日光照射雲氣中的水滴群,同飛泉周圍的水滴群所產生的色散現象聯係起來了。

除了對雨虹及其他色散現象的記述和模擬實驗外,人們還發現了晶體分光和羽毛的衍射色彩。公元684~706年,傳說安樂公主用百鳥的羽毛編織出兩條裙子,這種美麗的裙子從正麵看是一種顏色,從旁邊看又是一種顏色,在日光中看和在鏡子中看都能形成不同的顏色。

這種用百鳥的羽毛編織出的美麗的裙子也是一種光的色散作用的應用。

到了宋代,人們就能對單個水滴的色散現象進行研究了。雨過天晴的時候,落在樹葉花草之上的露珠還沒有蒸發,在樹葉草木的末端水珠欲落未落都聚成圓形,晶瑩欲滴,非常惹人喜