设想一队士兵以纵队形式穿出一片玉米地，然后又斜着行进到旷野上。 当士兵们在旷野行进时候，由于没有玉米秆的阻碍他们会行进得快一些，所以 在靠近玉米地边缘的地方，行进队伍会显得更加歪斜零散一些。而如果行进路 线是反方向的，即从旷野走进玉米地，则我们也想象得出来，队形会和刚才相 反。若队伍的排列平行于玉米地边缘，那每一个士兵都会同时到达旷野边缘， 队形也就不会有摇摆变形了。
上面的类比粗略地解释了光从一种介质进入到另一种介质时所发生情形。 我们把光从一种介质进入另一种介质，或者进入同一种介质但密度发生改变时 所出现的弯曲现象，叫做折射。日出日落的美景，海市蜃楼的虚幻，太阳在地 平线上扁平的脸以及不久我们将会看到的其他现象都是由光的这个特性所致。
31.光的强度
实验32：取两块厚约1英寸的方石蜡片，背靠背地贴在一起，中间加一张 硬纸片或者锡箔纸。当在其一边放一个光源时，向着光源那边的石蜡会被通体 照亮，另一边隔着纸片的石蜡则不会。如果两边都放有光源，则会看见两边的 石蜡都被差不多地照亮了，或者说都接受了等量的光照。这样我们就可以轻松 比较两边的光照强度。
在石蜡一边25cm远的地方放1支蜡烛，在另一边90cm远的地方放4支蜡 烛，都一起放在一张纸板上以便整体移动。然后通过下的纸板前后移动这4支 蜡烛，到两片石蜡的亮度都差不多为止。测量一下这时4支蜡烛到石蜡的距 离，它是另一边那支蜡烛到石蜡距离几倍？
太阳光的强度极其巨大，我们哪怕拿个弧光灯放在太阳下，它也显得像个 芝麻点儿。不过由于地球到太阳的距离太远，以至于地球所接受的太阳光热只 是它的总体光热的一丁点，不到十亿分之二，我们已经不能用普通的言语来描 述太阳光热超乎想象的强大程度。我们对光线强度的标准测量可以用蜡烛的光 亮强度来做单位，指定为一支12号的普通石蜡蜡烛所发出光为一个单位标准。 一只普通的白炽灯的亮度大约是16个蜡烛单位。
如果用蜡烛单位来衡量太阳光强度的话，那这个数字将远远无法估量。光 的强度跟热与电的强度一样，都是决定于从发射源这一点源源不断地发射出来 的能量强度，且大小的变化都与距离的平方成反比。反映在现实中，与光源的 距离增加，则光的亮度会迅速减小，这就是当稍微把台灯移远一点，我们看书 的视觉舒适度就大打折扣的原因。如果这时我们把台灯的距离再拉近一倍，则 书本所接受的光照就成了原来的四倍。
32.热与光的反射现象
实验33：在一个黑暗房间的桌上放置一面镜子，再从一个暗幕的小孔中， 或者从一个人造小光源，投射进一缕光线到镜子上让其发生反射。如果房间中 没有足够的灰尘让你看见光线传播路径的话，可以在镜子上方将两个黑板刷拍 几下。这时拿一支铅笔竖直地放在镜子与光线的接触点上，比较一下铅笔两边 与光线的夹角大小。然后抬起镜子的一边，注意观察光线反射路径的变化，再 把铅笔垂直于镜面放在反射点上，同样比较一下两边的夹角，大小一样吗？
之前我们已经说过，月亮发光是因为反射了太阳的光线。日常的基本观察 也告诉我们，地球上的物体也都可以反射光与热。在炎热的夏天，房子的外墙 和街道的路面所反射的热量让人有时觉得难以忍受。在一些日照时间非常长的 国家和地区，比如撒哈拉沙漠，人们便安装了反射镜专门反射太阳光热来给物 体加热，甚至用来运转蒸汽机。
房屋的细致表面可以极大程度地反射太阳光，将太阳本身照不到的周围其 他房屋的窗户照亮。一个人站在湖边合适的位置，便可以看见树木和湖光山色 的倒影。但若他大范围地改变一下所站的地方，刚才的一切也许就看不见了。 这说明反射的光线一定与射向反射物表面的入射光线有密切的关系。
在实验33中，当铅笔垂直放置于光线与镜面的接触点上时，可以明显发 现，入射的光线跟反射的光线与铅笔的夹角是完全相等的。这两个角分别叫做 入射角与反射角。经过极为精确的实验研究已得出结论，这两条光线与反射面 垂线的夹角总是相等的，换句话说，反射角等于入射角。这就是为什么你站在 房间里镜子的一边只能看见房间另一边的原因。
33.光的速度--在17世纪晚期，一位名叫罗默的丹麦天文学家在仔细观 测木星最亮的一颗卫星围绕木星的运动时，发现接连两次木卫食，或者说卫星 经过木星背影之间的时间间隔有奇怪的变化。他于是精确测定了两次木卫食⑤ 之间的时间间隔，即这颗卫星围绕木星完成一次公转的时间。
利用这个间隔，他计算出了其他木卫食将要发生的时间，并且发现，由于 地球自身绕着太阳公转，离木星越来越远，而看见木卫食发生的时间似乎也越 来越滞后。接下来他又精确地测算了地球最靠近木星时木卫食发生的时间，又 推算出6个月之后，地球离木星最远时木卫食将会发生的时间，最后他发现这 次木卫食实际发生的时间比推算的时间滞后了22分钟。他说这个现象一定是因 为光需要一段时间才能横穿地球轨道而导致的。
从罗默的这些计算开始，人们又做了很多这类的研究与测算，人们发现 他的计算还是有一些误差，光线横穿地球轨道的时间其实只要16分40秒，或者 说1000秒。由于地球轨道直径为186000000英里，因此光的速度也一定是每秒 18600英里。通过其他办法对光速的测定也给出了大致相同的数据结果。
34.关于光的理论--尽管对光的感知以及检测光的许多特性都很容易， 但是说清楚光的本质到底是什么却极其困难。艾萨克·牛顿勋爵认为光是由极 微小的粒子流组成，它们被发光体释放出来。但自从1800年，人们又认为光是 一种波动现象，它在充斥于整个空间的一种名叫以太⑥的介质中传播。
35.声音
实验34：取一个广口瓶，在里面悬挂一个小铃铛，系在瓶塞上。再通过塞 子插进一根厚壁橡皮管，将橡皮管另一端接在一个空气泵上，抽完瓶子中的空 气。现在摇动瓶子，让铃铛看起来会发出响声，注意不要让铃铛碰到瓶子。你 能清晰地听到铃响吗？
尽管声音与太阳的能量没有什么关系，但也似乎有必要在这里简单地谈 一谈它。在实验34中我们发现，当瓶中空气被抽出，铃铛被摇动但没有碰到瓶 子，即使看起来铃铛好像在响一样，我们却几乎听不见任何声音。这说明我们 平常所听见的声音，是依赖于空气而传播的。
研究发现，声音其实是一种在物质介质中传播的振动波。在一根长圆木的 一端刮擦一下，如果这时把耳朵贴在圆木另一端，我们便能听见刮擦的声音， 若耳朵离开圆木便听不见。在这个例子中，介质就是木头。
如果把一块石头投入平静的池塘水面，可以看见层层涟漪荡漾开来，直达 最远的池塘边缘，但浮在水面上靠近投掷点的地方的一片小树叶，除了上下跌 宕以外并没有移动到别的地方。这是因为虽然水波是从中心向外传播，但是水 本身并没有向外运动。如果我们拿住一根长绳子，另一端固定在一个地方然后 让绳子整体保持水平，这时我们用木棒突然敲击一下绳子，便可以看见一个绳 波会沿着绳子从一端传到另一端，而绳子的每一小部分都是上下移动了一下而 已。这就很类似于声音的传播方式，只不过声音传播介质的组成微粒，是在小 范围内前后移动而不是上下运动。
总结--地球上的所有能量都来自于太阳。能量有两大类，动能与势能。 能量可以转化为无数的形式，但不会消灭。
热是分子能的一种形式。热可以在温度的变化中显现出来，温度计可以测 定温度的变化，华氏度和摄氏度是比较常见的两种温度单位。热可以改变物质 的物态：同一种物质可以呈现固态、液态以及气态，取决于自身蕴涵的热量， 冰、水、水蒸气就是对应的例子。热量可以通过传导、对流以及辐射三种方式 进行传递，热量的测量单位叫做卡路里。
光以难以置信的将近每秒200000英里的速度运动。除了经过不同密度的介 质时光会发生一定角度的弯折以外，光总是沿着直线运动。光经过不同密度介 质时发生的弯折叫做折射。光线强度与到光源的距离的平方成反比。当光线在 光滑表面，比如镜面上发生反射现象的时候，反射角一定等于入射角。
声音像光一样，也是一种波动。声音可以在能遮住光的物质中传播，而光 也可以在阻止声音的真空中传播。光和声音的强度，在很大程度上决定于它们 穿行而过的传播介质。
思考题
为什么我们可以说"一切人造的光都是太阳光"这句话是正确的？ 德国用的是摄氏温度，如果柏林的预报温度是20℃，它在美国常用的温度计上的相对应的温度是多少？
为什么钢铁与铅合金比铜与锌更适合锻造？ 热有哪三种传递方式？
如果你手里的材料只有一块粗麻布、一个便宜的无焰灶，请描述一下你如何利 用他们来做饭？
当五大湖区附近的池塘都已结冰封冻时，为什么五大湖却没有千里冰封？ 你有过哪些经历可以用来阐释光的折射现象？ 一个男孩正在离灯光2尺远的地方读一本书，然后他走到了离灯光8尺远的地方继续读，若要让他保持之前的光照舒适度，他接收的光线的强度应该增加多少？ 在烈日当空的时候，为什么站在大马路上比站在草地上更热？ 光从太阳到地球要花多少时间？
译 注
① 现在早已不是如此，我们已经可以通过电子显微镜窥见比分子更小的原子 的完全面貌。
② 根据热力学定律和量子力学原理，物体分子没有运动这一状态是永远也不 可能达到的。
③ 如今物理学对"比热"的定义已有了变化，它是指单位质量的某种物质升 高单位温度所需的热量。其国际单位制中的单位是"焦耳每千克开尔文"，即令1 千克的物质的温度上升1摄氏度所需的能量。
④ 美制单位的品脱有两种，湿量品脱与干量品脱，各不相同。1湿量品 脱=473.176473毫升，1干量品脱=550.61047毫升。大致而言，一品脱差不多就是半 升的容积。
⑤ 也即木星上的"月食"，这颗卫星相当于木星的月亮。
⑥ 1881？1884年间，著名的"迈克尔逊-莫雷实验"已经否定了以太的存 在。进入20世纪以后，物理学家们对光的本质进行了大量研究，并成为整个百年物 理学理论演进的主战场之一，波动说和粒子说都各领风骚彼此消长。到今天为止， 我们对光的认知依然还停留在"波粒二象性"，简言之，它既是波又是粒子，其实 在结果取决于我们的观测方式。
