正文 第3章 光的概述(2)(1 / 2)

讓一束白光射到玻璃棱鏡上,光線經過棱鏡折射以後就在另一側麵的白紙屏上形成一條彩色的光帶,其顏色的排列是靠近棱鏡頂角端是紅色,靠近底邊的一端是紫色,中間依次是橙黃綠藍靛,這樣的光帶叫光譜。光譜中每一種色光不能再分解出其他色光,稱它為單色光。由單色光混合而成的光叫複色光。自然界中的太陽光、白熾電燈和日光燈發出的光都是複色光。當光照到物體上時,一部分光被物體反射,一部分光被物體吸收。如果物體是透明的,還有一部分透過物體。不同物體,對不同顏色的反射、吸收和透過的情況不同,因此呈現不同的色彩。

光的傳播

光沿直線傳播示意圖光在同種均勻介質中是沿直線傳播的。光可以在真空、空氣、水等透明的物質中傳播。光沿著直線傳播的前提不僅是在均勻介質,而且必須是同種介質。當光遇到另一介質時,光的方向會發生改變,改變後依然沿直線傳播。

光在非均勻介質中,一般是按曲線傳播的。光按前後左右上下各個方向傳播,光的亮度越亮,越不容易看出,當光亮度較暗時,由發光體到照明參照物的光會擴大,距離越遠,擴散得越大,由最初的形狀擴散到消失為止。

像我們生活中所發現的小孔成像、日食和月食的形成等都證明了光在均勻介質中沿直線傳播這一事實。

光的速度

夏天打雷下雨時,有些人可能會很困惑,為什麼在每次雷雨中,總是先看到閃電,後聽到雷聲呢?今天,我們就帶著這個問題討論一下光速。

所謂光速,就是光在單位時間內傳播的速度。科學計算得出光在真空中的速度為30萬千米/秒。通俗一點講,就是光可以在一秒走60萬裏地,而我們知道聲速隻是335米/秒。這就是我們在打雷下雨時為何先看到閃電而後聽到雷聲的緣故了。

雷電示意圖

既然光速這麼快,那麼我們看距離我們1.5億千米遠的太陽需要多長時間呢?科學家得出的結論是約八分鍾,即光從離我們1.5億千米遠的太陽上發射出來,到達地球大約需要八分鍾。

其實,羅默(1644~1710)丹麥天文學家早在17世紀以前,天文學家和物理學家便認為光速是無限大的,宇宙恒星發出的光都是瞬時到達地球。1676年丹麥天文學家羅默,利用天文觀測,測量了光速。1849年法國科學家斐索在實驗室裏,用巧妙的裝置首次在地麵上成功地測出了光速。1973年美國標準局的埃文森采用激光方法利用頻率和波測定光速為(299792485+1.2)米/秒。經1975年第十五屆國際計量大會確認,上述光速作為國際推薦值使用。1983年第十七屆國際計量大會上通過米的新定義為“真空中光在1/299792458秒時間間隔內行程的長度。”

在人們測出光速之後,它便取代了保存在巴黎國際計量局的鉑製米原器被選作定義“米”的標準,並且約定光速嚴格等於299792458米/秒,米被定義為1/299792458秒內光通過的路程,光速用“c”來表示。

超光速

超光速會成為一個討論題目,源自於相對論中對於局域物體不可超過真空中光速c的推論限製,光速成為許多場合下速率的上限值。在此之前的牛頓力學並未對超光速的速度作出限製。而在相對論中,運動速度和物體的其他性質,如質量甚至它所在參考係的時間流逝等,密切相關。速度低於(真空中)光速的物體如果要加速達到光速,其質量會增長到無窮大,因而需要無窮大的能量,而且它所感受到的時間流逝甚至會停止(如果超過光速則會出現“時間倒流”),所以理論上來說達到或超過光速是不可能的(至於光子,那是因為它們永遠處於光速,而不是從低於光速增加到光速)。但也因此使得物理學家(以及普通大眾)對於一些“看似”超光速的物理現象特別感興趣。

超光速太空飛船所謂“時光倒流”就是光的多普勒效應,並不是真的“時間”倒流,而是世界的感覺“倒流”。多普勒效應根本上是由於波的傳播速度是絕對的,隻與介質有關,與聲源和接受物體運動狀況無關。換句話說,波的傳播應以介質作為參考係。突破光速屏障時會有“光障”現象。可與超音速飛行類比,並不是不可能。