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第17章 光(5)

从人类出生以来,太阳就已经存在,它无时无刻不在照耀这个地球,那么太阳光到底是什么呢?人们充满了疑问。1666年,英国科学家牛顿利用三棱镜分解了太阳光,得到了一条彩虹似的色带,这条色带有红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色,这些颜色按一定的次序排列着。这个色带是按不同波长依次排列的,也就是我们通常说的光谱带。有了光的存在,人才能看到万事万物。

刚才我们说过太阳光通过三棱镜可以分解为七种颜色,那么颜色究竟是怎样产生的呢?这需要具备以下三个方面的因素。

(1)光照。如果没有光照就不可能出现颜色,颜色之所以不同是因为光照条件不同。这就与一块白布相似,这块白布在日光下是白色的,在红光下它就成为红色的,用蓝光照射则是蓝色的,这是因为照耀它的光不同的缘故。

(2)物体的表面特性。当光投射到一个物体上后,会有这样一种情况产生:一部分光会被这个物体反射,另一部分光则会被物体吸收。被物体表面反射的这部分光具有自己的特性,根据这部分光特性的不同就有了反射色和透射色,反射色和透射色是决定我们看到的物体颜色的关键因素。所以物体具有什么样的颜色,决定于它表面的特性。

(3)人眼的视觉功能。照射光的特点或角度决定了物体表面对光的反射,一般来说,光束从不同角度照射过来,眼睛从不同角度看过去,人眼中看到的颜色都会改变。

有些人可能会觉得很奇怪,光和物体都是客观存在的物体,为什么人眼却能看到多姿多彩的世界呢?这与人的眼睛有关。

人眼中的瞳孔与照相机中的光圈有相似的功能,它们都可以调节进入其中的光线量。而且人眼具有透镜的作用,这样外来物体的光线便会在视网膜上呈现。视网膜是眼球的感光部分,它处在眼球壁的内层。在视网膜中央有一个特殊的区域,那里有大量的锥体细胞。这种锥体细胞又叫黄斑,它的颜色是黄色,其直径在2~3毫米。黄斑的中央有一个叫中央窝的小凹,中央窝对视觉最为敏感。锥体细胞可以将物体的颜色和细节分辨出来,这与杆体细胞有所不同。杆体细胞用于感受光线的明暗变化,但是对物体的颜色和细节却无法感受。锥体细胞和杆体细胞共同合作,将感受到的一切传到神经中枢,人因此产生了视觉。

总之,只要光的存在、物体的表面特性和人眼的视觉功能三种因素同时存在,人便能看到多姿多彩的世界。

色盲是如何形成的

听说过色盲这个词,但色盲到底有什么表现呢?很多人可能对此不是很了解。色盲指的是不能辨别色彩,也就是辨色能力部分或全部丧失。

我们通常称不能分辨红色者为红色盲,不能分辨绿色者为绿色盲,不能分辨蓝色者为蓝色盲,如果有人连这三种颜色都不能辨认,那我们就称其为全色盲。有些人虽然能够辨别出所有的颜色,但是要经过反复观察和考虑才能辨认出来,这种人我们称为色弱。

根据色盲形成的原因,我们可将色盲分为先天性色盲和后天性色盲两种。先天性色盲是生下来就具备的色盲,这种色盲多数发生在男性的身上,女性很少患这种色盲,这种先天性色盲的视觉能力正常,但是辨色的能力不强。这种患者自己并不能感受到自己的病症,只有在通过检查后才能发现。后天性色盲多数由一些眼睛疾病形成,某些视神经疾病和视网膜疾病就会导致后天性色盲的产生,因此这种色盲又名获得性色盲。

色盲到底是怎样被发现的呢?下面让我们来看看英国著名化学家道尔顿的故事。

道尔顿是一位著名的化学家,在28岁时,他给妈妈买了一双袜子作为生日礼物。妈妈看了这双袜子感到很奇怪,她说:“我的年纪已经不轻了,你怎么给我买双樱桃红色的袜子呢?”道尔顿觉得很奇怪,他跟妈妈说:“妈妈,这难道不是一双灰颜色的袜子吗?”经过邻居的鉴定,证明这双袜子确实是樱桃红色的,道尔顿知道自己犯了一个错误。道尔顿想:为什么我看上去是灰色的袜子在别人看起来却是樱桃红色的呢?道尔顿指着自己的上衣问别人是什么颜色,别人告诉他那是绿色的,但他始终以为自己的上衣是暗红色。

道尔顿对这件奇怪的事情感到很困惑,他思索了很久也没有找到原因。于是道尔顿停止了手中的化学实验,开始对奇特的生理现象进行研究,在进行了研究之后,他发现了色盲现象。道尔顿的发现在当时引起了科学界的关注,人们对很多人的辨色能力进行调查,结果发现有很多人都是色盲,这就说明色盲其实是普遍存在的,它是一种常见的生理现象。在进行了深入研究的基础上,道尔顿写了一篇名为《论色盲》的论文,他成为世界上第一个提出色盲症问题的人,鉴于道尔顿对色盲症做出的突出贡献,色盲症又被称为道尔顿症。

按照辨认颜色的多少,色盲可分为全色盲和部分色盲两种。全色盲或单色视的症状是完全不能辨别颜色,视物只有黑白和灰白两种感觉,这种色盲还常常表现出高度畏光、瞬目频繁、视力减退、中心暗点等症状。部分色盲是失去对某种颜色的辨别能力,部分色盲还可以分为几种类型。不能辨别红色者称红色盲,也可以称为第一色盲,这种色盲的表现是在光谱上红色部缩短,患者通常把红色看成黄色,把紫色看成蓝色;不能辨别绿色者称为绿色盲,也可以称为第二色盲,这种色盲的表现是在光谱上绿色部缩短,患者通常把绿色看成灰色或暗黑色;不能辨别蓝色者称蓝色盲,也可以称为第三色盲,患者只能辨别红绿两种颜色,其他颜色都看不到。

有时红绿色盲患者可表现出惊人的辨色能力,这是他们从生活经验中得来的,根据红绿的不同饱和度与亮度加以区别,但在颜色混合测定检查时,这些人就显露出色盲的本质。这类色盲多属先天性色盲,依发生频率从高到低排列,依次为绿色盲、红色盲、蓝色盲、全色盲。

20世纪,科学家们认为色盲通过X-性连锁遗传方式传递,也就是说这种病症是由女性遗传,如果一位女性生下一个男孩,那么这个男孩患色盲症的几率非常大,如果她生下一个女孩,则女孩患色盲症的概率非常小。那么女性在什么情况下会得先天性色盲症呢?如果女性为隐性色盲,而她的配偶是色盲时,他们结合所生之女就是色盲。因此男性色盲发病率为5%,女性色盲发病率为0.8%。

科学家们针对色盲这个问题进行了深入的研究,其中最出名的是三色说和四色说,这两种学说存在相互对立的关系。现代神经生理学和心理学得到了发展,它在一定程度上为这两种对立的理论起到了支持作用,并让这两种对立的学说达到了统一。现在有这样一种观点:在视网膜感受器上的色觉机制是三色的,视网膜黄斑部分有三种感色的视锥细胞存在,这两种感色细胞分别对红、绿、蓝光敏感。如果一种或两种视锥细胞的视色素失去作用,便患部分色盲;如果三种视锥细胞的视色素失去作用,便患全色盲;如果三种视锥细胞比例失调,便患色弱。这个观点将色盲产生的原因揭示出来,从此色盲不再是一个谜。

什么是灿烂的极光

地球有南北两极,在这两极附近地区的高空,常会有绚丽多彩的光辉在夜晚出现。这种光辉有时候像一条彩带,有时候像一团火焰,有时候像一张银幕。光辉总是那么轻盈,它时暗时亮,随着它闪烁的是或红或蓝、或绿或紫的光芒。南北两极是如此静寂,但是因为有了这种光辉便变得动人起来,这种光辉就是我们通常所说的极光。

大约在2000年前,人们就已经知道极光的存在,与极光联系的还有许多神话。在中世纪早期,有人认为极光是一些勇士,他们骑着马在天空奔驰。在北极地区,有人认为极光是神灵创造的,这些光是为最近死去的人点亮的,以便让他们找到归天之路。随着科技的进步,极光的奥秘已经逐渐揭示出来,现在人们都知道,极光实际上是太阳与大气层进行合作的表演。

美丽的极光是怎样产生的呢?原来是来自大气外的高能粒子对高层大气中的原子进行撞击的结果。太阳的活动有时候非常活跃,这时极光便会向中纬度地带延伸,例如美国的南纬40°到北纬40°都能看到极光。极光有许多形状,如帷幕状、弧状、带状和射线状等。极光发光均匀的时候表现为弧状,这是最稳定的外形,它能在几个小时内不产生变化。不过弧状极光并不多,大多数极光通常表现为其他形状,而且稍纵即逝。

太阳为地球提供了能量,在这些能量中有光和热等,其中还有一种能量名为“太阳风”。太阳风在地球上空环绕地球以每秒400千米的速度流动,在流动中它不断撞击地球磁场,磁场使太阳风偏向地磁极,由于太阳风实质上是带电颗粒,它便会与地球上层大气发生化学反应,极光就这样产生了。极光发生在南极地区,便是南极光。极光发生在北极地区,便是北极光。

地球上空90~130千米处是极光的多发区,当然有些极光比这个高度还要高。1959年发生了一次极光,根据测量得知这次极光的高度是160千米,宽度超过4800千米。城市灯光和高层建筑会对我们看极光造成阻碍,因而在乡间的空旷地区才能观察到最佳的极光景象。加拿大的丘吉尔城是一个观看极光的好地方,那里一年中有300个夜晚能见到极光。在美国的佛罗里达州,一年平均只能见到四次极光。我国观看极光最好的地方是最北端的漠河。

18世纪中叶,瑞典地球物理观象台的科学家有一个新发现,他们发现当观象台观测到极光时,地面上的罗盘指针会出现方向变化,这个变化的范围达到1°,伦敦地磁台也有同样的发现。科学家们认为,这种现象的产生是因为极光与地磁场相关,太阳风与地球磁场共同制造了极光。

太阳会喷射出带电粒子,这种带电粒子就是太阳风。当太阳风吹到地球上空,地球磁场会对它产生影响。地球磁场就像两个漏斗,地球的南北极的上端就是漏斗的尖端,因此太阳风沿着地球磁场这个漏斗沉降下来,进入地球的两极地区。两极的高层大气与太阳风接触后会产生耀眼的光芒,这就是人们眼中的极光。由于高层大气的成分不同,而不同的气体与太阳风接触后会发出不同的颜色,比如氧在激发后的颜色是绿光和红光,氮在激发后的颜色是紫色,氩在激发后的颜色是蓝色,因而极光便显得绚丽多彩。

经过科学家的测量和研究,我们知道地球磁场并不是对称的。尤其是在受到外力的影响下,地球磁场变得更加不对称,它有时候甚至变成流线型。受到太阳风的影响,地球磁场面对太阳的磁力线被大大压缩,背对太阳的磁力线则变得很长,就好像是地球磁场长了尾巴一样。磁尾非常长,它的长度达到了1000个地球的半径长。

太阳内部会发生剧烈的变化,这时地球磁层亚暴就会形成。于是太阳风的速度便被加快,这些带电粒子沿着磁力线运动。太阳风从南北两极注入地球,它们撞击着高层大气中的气体分子和原子,让气体分子和原子发出耀眼的光芒。不同的分子和原子发生的光的颜色不同,这些单色光混合在一起,就形成绚丽多彩的极光,这些极光还有强度的不同。

如果想对极光有个深入的了解,我们可以看下面一个形象的比喻。极光与电视机相似,电视机的电子束是沉降粒子,电视屏幕是地球大气,电子束导向磁场是地球磁场。科学家通过对极光这个天然大电视机的观察,发现了许多磁层与电磁活动的大量信息。科学家们通过对极光的颜色分析,了解了沉降粒子束来源、粒子种类、能量大小、地球磁尾的结构、地球磁场和行星磁场的相互作用、太阳扰乱对地球的影响方式和程度等。

没有太阳便没有极光,太阳是极光出现的前提。因此每逢到了太阳活跃的年头,就可以看到非常壮观的极光。纬度较低的地区在以往是看不到极光的,但是到了这一年也能看到极光。2000年4月6日晚,欧洲和美洲大陆的北部出现了非常壮观的极光,这让当地人大饱眼福。地球北半球一般看不到极光,但是在美国南部的佛罗里达州和德国的中南部都出现了极光,这真是难得一见的奇景。

峨眉宝光是如何形成的

峨眉宝光还有一个名字,那就是佛光,它看上去像是一个五彩光环。人们最先在峨眉山上发现这种奇观,因此峨眉山自古以来就是观看佛光的最好去处。峨眉宝光在公元63年被发现,到现在已经有1900多年的历史,在这1900多年的历史中,峨眉宝光受到了人们的关注。

峨眉宝光实质上就是一种光,它由阳光照在云雾表面,然后发生衍射和漫反射作用形成。在夏天和冬天的午后,峨眉山的舍身岩下的云层中会突然幻化出一个七色光环,这个七色光环由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色组成。观看峨眉宝光的人与偏西的阳光相背,就能发现光环中有自己的身影,更为神奇的是,即使有成千上万人同时在同一地点观看佛光,此人也只能看见自己的身影,别人的身影根本就看不到。谭钟岳有一首诗,诗云:“非云非雾起层空,异彩奇辉迥不同。试向石台高处望,人人都在佛光中。”

什么是激光

20世纪60年代,激光产生了,这是一种特殊的光源,它对人类的生活和工业的发展造成了巨大影响。

激光具有自身的特点,它的特点表现如下:

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