01.光是什么《颜色-不是你想象的那样(第二版)》

01.光是什么《颜色-不是你想象的那样(第二版)》

光是什么

很多人没有意识到我们每天以多少种途径,又以多少种形式接触到光。从早晨一睁眼就照进眼睛的光,到手机的来电,再到我们在牙医那里照的X光,这些都是不同类型的光。

而我们常常见到的不同的颜色,只不过是光的一小小部分的可见光而已。人类为了认识光,用“全光谱”的概念描述所有的类型的光,根据波长从长到短分为七大类:

无线电波(射电波):波长0.1km~100km

微波:波长0.1cm~10cm

红外光:波长0.01cm~700nm

可见光:波长400nm~700nm

紫外光:波长4nm~100nm

X光(X射线):波长1nm~100nm

伽马光(伽马射线):波长小于1nm

在《超越视觉:光的秘密语言》这本书里非常形象地用温度计来比喻不同类型光的能量。波长从长到短,对应的光的能量从弱到强,相对于温度计的温度低到高。

01

无线电波(射电波)

波长:0.1km~100km(建筑物般大小)

应用:清晨起来,有些人喜欢先听到半导体收音机播放的声音,而不是闹钟不同的嗡嗡声。你每天早晨在收音机上听到的歌曲或新闻在变化,但他们都是通过无线电波广播(通过收音机变换成了声波),这也许是你每天最先感受到的无线电波。如果你在利用GPS前往新的地方,用无线电话或手机打电话、使用带有蓝牙的设备,或者用遥控器打开车库门,你刚刚使用的就是无线电波。

要注意的是:

无线电波是不能穿透金属,因为金属可以吸收无线电波。所以在电梯中打电话一般信号都不好,因为电梯都周围都是金属,吸收了手机信号的无线电波。

在隧道或车库里,车载收音机接收不到信号,是因为无线电波很大,一般的高建筑,或地下隧道都能阻挡了这些波长较长的无线电波。

光污染:任何地球上产生的电磁波一旦穿越地球的大气层都将开始太空旅游。以电视收音机的信号为例,这些信号已经在宇宙中穿行了大约100年了,也就是说我们发射的无线电波可及范围是一个环绕地球大约100光年的大泡。

02

微波

波长:0.1cm~10cm(人到蝴蝶般的大小)

应用:如果曾有一天你忙乱不堪,或许需要将速溶咖啡倒入微波加热过的一杯水中权当早餐。当你等着听到微波炉的提示音以便快点取出那杯加热过的水时,也许你还开着电视(卫星电视),等着看一眼天气预报。微波不仅可以通过感知降雨和风来监视暴风雨(微波卫星),还可以将来自天气预报员的现场信息传回电视台。

我们起床第一时间肯定是刷手机啦,而我们用的无线网络wifi正是使用微波,而且有些GPS载波不仅使用无线电波段的频率,也使用微波,所以你的手机可能正通过微波为你定位或传送你的位置信息。

03

红外光

波长:0.01cm~700nm(针尖到细胞般的大小)

应用:说到红外光,我们常常联想到热,就是那些从火、太阳、暖气、壁炉等感受到的热量。但这仅仅是我们生活中接触红外光的一小部分途径。

从探身去确认阴晴或者冷暖开始,人们在天气追踪方面已经取得了长足的进步,尽管还不够完美。红外光起了重要的推动作用。能探测红外光的卫星可以检测云层的形成以及模式,为气象学家预测天气提供了重要手段。

红外光是由英国天文学家、古典作曲家、音乐家、恒星天文学的创始人,被誉为恒星天文学之父的威廉·赫歇尔发现的。他在研究各种色光的热量时,有意地把暗室的唯一的窗户用木板堵住,并在板上开了一条矩形的孔,孔内装一个分光棱镜。当太阳光通过这个棱镜时,便被分解成彩色光带。其实他用温度计去测量光带中不同色光所包含的能量。为了和环境温度比较,他在彩色光带的附近放几支用作比较的温度计,来测量周围环境的温度。在试验中,发现温度从紫色到红色依次增加,还有一个奇怪的现象;放在光带红光外的温度计,比室内其它温度计的指示值都要高。经过对多次反复实验,这个所谓含热量最多的高温区,总是位于光带最边缘处红光的外面。于是赫胥尔宣布,太阳发出的光线中除可见光外,还有一种人眼看不见的“热线”,这种看不见的“热线”位于红色光外,因而叫做红外线。红外线也常常被称为红外辐射线简称红外辐射。

而最近比较火的是因为引力波而获得2017年诺贝尔物理学奖,2016年美国激光干涉引力波观测台(LIGO)成功探测到两个黑洞合并产生的引力波,所用的激光就是近红外光。

04

可见光

波长:400nm~700nm(原生动物般的大小)

应用:无论你在美丽的晨光中醒来,还是第一眼看到的是来自人工照明的光,可见光在我们的一天中都扮演者重要的觉得。当我们戴上眼镜阅读,或者欣赏彩虹,抑或沉浸于落日橘红色的光芒中,我们看到的是光的不同行为。举几个例子来说明,光可以反射、折射、散射。从利用太阳能到解决光污染,来自太阳的可见光影响着我们日常生活的方方面面。

总的来说,我们看到的都是所有东西的颜色都是可见光。也就是这个专题《颜色-不是你想象的那样》所要介绍的内容,后面详细讲解。

05

紫外光

波长:4nm~100nm(分子尺度的大小)

应用:想象在明媚温暖的时候,你抬头看太阳。这颗离我们最近的恒星释放出各种类型的光,其中的紫外线你可能很熟悉。为了避免阳光中的紫外线的伤害,在脸上涂防晒霜可能是每天要做的事情,因为紫外线会加速皮肤老化和伤害皮肤即使你不适用防晒霜,你也会接触很多利用紫外线技术的产品。从打开办公室的荧光灯到使用紫外水印的信用卡钞票,许多基于紫外线的技术在社会中发挥着有益的作用。

紫外线有一个重要的作用是激发荧光:

荧光灯管:它是利用低气压的汞蒸气在放电过程中辐射紫外线,从而使荧光粉发出可见光的原理发光。

荧光增白剂:把制品吸收的不可见的紫外线辐射转变成紫蓝色的荧光辐射,与原有的黄光辐射互为补色成为白光,提高产品在日光下的白度。增白剂已经广泛应用在纺织、造纸、洗衣粉、肥皂、橡胶、塑料、颜料和油漆等方面。

按照紫外线对人类健康的影响分类:

紫外线A(UVA):光子能量最低,对人类无害。

紫外线B(UVB):是晒伤的主要元凶,会导致皮肤致癌。

紫外线C(UVC):光子能量最高,幸运的是地球的大气层阻挡了几乎所有的紫外线C。

所以对人类健康有直接影响的只有紫外线B(UVB),但是大部分的普通玻璃对紫外线B(UVB)和紫外线C(UVC)是不透明的,所以隔着玻璃晒太阳是安全的,可以避免晒伤。

再说一个题外话,我们眼睛的晶状体和角膜几乎阻挡了进入眼睛的所有紫外光,但人眼的视网膜的感光细胞是可以感受近紫外的紫外线。如果是无晶状体眼睛,紫外线可以穿过眼睛,被我们感受到。有报道称印象派画家莫奈就患有晶状体缺失症,因为在他82岁的时候做过白内障摘除手术,导致他可能看到紫外线,也导致他晚年的作品蓝相占据比较多的画幅。

Water Lilies and Reflections of a Willow (1916–19)

06

X光(X射线)

波长:1nm~100nm(原子量级的大小)

应用:医学X光成像如传统的X光和断层扫描(CT)的进展有助提供更好更安全的医疗保健。我们在机场也会遇到X光机。它们用于行李安检,有的机场还会用它们检查旅客。

07

伽马光(伽马射线)

波长:小于1nm(原子核般大小)

应用:「注意:不能用来变成绿巨人」,伽马光典型的用途是医学检查或治疗,或更可能通过闪电产生短暂的伽马射线闪光。自然界还产生一些天然反射性元素,如铀、钍等,在衰变过程中辐射伽马光。

小结

只要了解到,光是电磁波这个性质,还有了解不同波长光的应用,就很容易破除一些简单流言比如“WiFi辐射影响人”等等。

根据波长从长到短分为七大类:

无线电波(射电波):波长0.1km~100km

微波:波长0.1cm~10cm

红外光:波长0.01cm~700nm

可见光:波长400nm~700nm

紫外光:波长4nm~100nm

X光(X射线):波长1nm~100nm

伽马光(伽马射线):波长小于1nm

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