人类对光的控制!
从科学进展的原动力上来说,研究一件事物,就是为了更好的应用它为人类服务,对光的研究也不例外。在从根本上掌握了光是什么,光是如何产生的,光的各种颜色等基本问题之后,人们开始使用不同的方法去控制光,以满足不同的需要。
透射:光在传播过程中如果遇到这样一种物质,其电子的激活能远远高于或远远低于光子的能量,所以不吸收任何光子,光可以毫不受影响地穿过,这就是光的透射。不过由于能量不同,一种物质对某种光是透明的,对其他光可能就是不透明的。例如高频的γ射线和x射线能够很容易的穿过玻璃,而低频的紫外线和红外线却被挡在一侧,这样就可实现对光的过滤。为了得到很好的单色光,许多光学仪器都使用滤波片,应用的就是这一原理。
吸收:与透射情况相反,当光波的能量与材料电子的激活能相近时,光子便会被电子吸收,使之能量升高,摆脱核的束缚,并通过碰撞将部分能量传给原子核,加剧核的运动,使物体的宏观温度上升。冬日穿深色服装就是为了最大限度的吸收太阳光,达到保暖的目的。
反射:不同材料的原子核对核外电子的束缚也是不同的,很多物质例如各种金属、玻璃的电子受束缚都比较弱,尤其是最外层电子,可以自由移动。此类电子吸收入射光子的能量之后运动加剧,并不把能量传递给临近的原子核,而是将能量以与光的形式反射出去,并与入射光的频率相同。人们从镜子中可以看到一个与实际完全相同的像,利用的就是这一原理。
折射:入射光的频率接近电子的本征振动频率时,会深入物体内部,引起电子的微小振动,将能量传给原子核,核再使光波以原来频率透出物体,但这个过程需要一定的时间,使得光同时在介质和空气中传播。由于速度不同,会在界面处形成一个折点。雨后彩虹的出现,就是大气对阳光折射形成的。
以上介绍的是光传播的最基本的原理,根据此我们可以选择不同的材料,设计不同的光路,以满足不同的需要。因此我们可以通过点亮一盏灯制造光,然后用黑沥青吸收以“消灭”它,也能够量度它,能改变其行进轨迹,甚至使它减速慢下来。利用光,我们可以推进空间飞行器,或者传输电话信号,此外还可以用它进行外科手术。如此看来,人们已经能完全控制光了,其实不然,人们过去一直很难做到:让光暂停,也就是说在光运行的轨迹上使其停止,然后完全按照原来的样子再将其释放。