神通激光

第四节 谁持彩练当空舞

　　夏天的傍晚，一场大雨过去，山石房屋、花草树木，一切都洗得干干净净，色彩格外好看。夕阳斜照，一道巨大的彩虹腾空升起，红橙黄绿蓝靛紫，谁持彩练当空舞？有人说，那是仙女的腰带；有人说，那是天上的仙桥。这些，我们当然不信。可是，彩虹到底是怎样形成的呢？

　　我们可以做一个小实验，让彩虹再现在面前：嘴里含一口水，背着太阳站着，嘴唇抿住，把水用劲朝前上方喷去。在这一片细细的小水珠里，就可以看见一道小小的彩虹。等到水珠落净了，小小的彩虹也就不见了。这个实验告诉我们：彩虹和太阳对小水珠的照射有关系。原来，雨过之后，天空有很多很多的小水珠，太阳出来照在小水珠上，就出现了一道大彩虹。随着水珠的慢慢消散，彩虹也就由浓变淡，逐渐消失了。

　　为什么太阳照在水珠上就会出现鲜艳的彩虹呢？这是因为，太阳光，也就是我们平常见到的白光，原本就是由各种颜色组成的。这个奥秘，是英国物理学家牛顿揭开的。

　　1666年，牛顿做了一个有趣的实验。在一间暗室里，一束阳光从一条狭窄的窗缝透射进来，半路上遇到一块三棱镜，通过三棱镜后投射到一幅白色的屏幕上，形成一条排列整齐的彩色光带，依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫7种颜色。给这样的光带起个名字，就叫做光谱。牛顿得出这样的结论：白光是由7种颜色的光组成的。这种白光分解成7种单颜色的色光的作用叫做“光的色散”。白光经过棱镜分解的色光只含有一个成分，把它叫做单色光；反过来，由单色光混合而成的光，就叫做复色光。太阳光和白炽灯光都是复色光。根据牛顿的实验结果，我们不难对彩虹的形成原因做出解释——那是因为水珠起着三棱镜的作用，太阳光照射到这些水珠上，白光的7个单色成员因为受到水珠的折射而发生“分歧”，各走各的路——发生了色散。

　　既然白光是由7种颜色的光组合成的复色光，通过棱镜可以分解成7种单色光，那么，能不能用单色光组合成复色光来验证呢？能。我们可以做一个简单的小实验。把一块白纸板剪成圆形，按照一定比例分成7个扇形，依次涂上红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫7种颜色。然后，在圆纸板中心扎出一个圆滑的小孔，松松地穿在大铁钉子上。它不动时，7种颜色清楚分明；如果用手把它拨得飞转起来，这时再看，各种颜色逐渐混合，最后合成了白色。

　　在牛顿的实验装置中，如果在棱镜和白色屏幕之间加入一个凸透镜，则从狭窄窗缝进来的那束白光，经过棱镜后分解成的各种色光，又被这个凸透镜聚拢，合成为一条狭长的白色光带而投射到屏幕上。这也证明，白光是由各种单色光复合而成的，因此，各种单色光可以合成为复色光。太阳光和灯光都是白光，因为眼睛能直接看见，我们就把它们叫做“可见光”。

　　可见光一家是由7个不同单色光成员组成的，每种单色光都有两个不同的特征，即具有不同的波长和频率。

　　光的波长和频率是怎么一回事呢？

　　我们来看一个生活中的实际例子吧。把一块石子投进一片平静的水塘里去，水面就会产生一圈一圈的波纹，并且大圈套小圈，小圈推大圈地向外传播开去。水波的波纹，如同小波浪一样，一起一伏地向前传播运动。我们将涌起来的部分叫做波峰，将伏下去的部分叫做波谷。两个相邻的波峰峰顶的距离等于两个相邻的波谷谷底的距离，这段距离长度叫做波长。我们投下石子的大小和力度不同，水波波纹的疏密情况也不同，波纹疏的波长就长些，波纹密的波长就短些；而且，水波波纹的波峰变波谷或波谷变波峰，这样上下起伏向前传播运动的速度也不同，波峰与波谷之间高度差小（波长也小）的波纹，起伏变化就快些，波峰与波谷之间高度差大（波长也大）的波纹，起伏变化就慢些。波动起伏变化的快慢，叫做频率。从这里可以看出这样一个规律：波长小的波纹起伏变化快，波长大的波纹起伏变化慢。

　　光是一种电磁波。如同水波一样，光波也有它的波长和频率。可见光一家的7个单色光，颜色不同，波长也不同，频率也不一样。光波的频率用f表示，波长用λ表示，速度用C表示，它们的关系是C=f×λ。

　　光在真空中的传播速度C是一个常数，即2.99792458×108米/秒。我们通常取光在真空中传播速度的近似值——每秒30万公里，作为光在空气中的传播速度。由于光的传播速度C为常数，因此，光的波长λ和频率f互成反比，也就是说，波长短的光频率高，波长长的光频率低。

　　电磁波大家庭的组成，可见光一家只不过是电磁波大家庭中的一小部分，波长从0.39微米到0.76微米，频率从3.94×1014到7.70×1014赫兹。

　　白光一家还有许多远亲近邻。在红光的“外边”有个亲密的邻居“红外线”；在紫光的“外边”也有个亲密的邻居“紫外线”；再往远处，那亲友就更多了。但是，这些远亲都是眼睛看不见的，称呼为“不可见光线”。