深入奇蹟02 ---超越視覺

這是紅柿子曬出的第二本書，英文原文是：「Light，The visible Spectrum and Beyond」，作者是 Kimberly Arcand 還有 Megan Watzke，簡體版是有人民郵電出版社出版。

這是一本很漂亮的書，深入淺出地用很漂亮的圖案向我們展示了橫跨整個電磁波譜的各類光的性質。

不過，紅柿子對於這本書的書名：「超越視覺」有點意見，覺得太詩意了，應該直翻成：「光，可見和不可見」比較好。

至於，這本書的中文標題到底應該是 「超越視覺，光的秘密語言」還是 「光：可見和不可見」比較好，就請各位讀者看下去囉！

先從「可見不可見」說起 ----愛分類的紅柿子認為「看到還是沒看到」的問題屬於「心理學」或 「生理學」的問題，但這本書探討的是光譜上的不同特性以及他們對宇宙（包括地球和地球上的生命的影響，所以比較是屬於「物理學」或是 「心理物理學」的問題。

因此讓我們先從理解電磁波談起，因為這是理解光的關鍵。

那麼，什麼是電磁波呢？

啟動你的想像力，讓我帶你走到一漥平靜的池塘前 .....然後，請你拿起一塊石頭，扔向池心 ----- 池子裡會發生什麼事？

一連串的漣漪，對吧？ 這池中的漣漪就是一種波。這種波會以一定的速度向外傳播，一直到石頭帶來的能量被消耗殆盡。

但是，如果請你不停地往池心丟石頭，會發生什麼事？

基本上，如果不停地、不停地往池心丟石頭，傳送能量，能量就會源源不絕地以波的形式向外傳播。

如果，測量這些波的波峰和波峰之間的最高點，就是波長（wavelength)。

如果，測量這些波在某一點隨著時間而改變所造成的震盪幅度，就是振幅 (amplitude)。

如果，測量這些波在固定時間內通過某一點的次數，就可以求得波的頻率 （frequency)。

下圖表明什麼是波長，什麼是振幅。由於知道波長就可以求出頻率，所以波長和頻率可說是一體兩面。

電磁波中的「電」指的是「電場」，「磁」指的是「磁場」。由於電場和磁場會互相影響，所以當電場中發生強弱變化時，就會改變周圍磁場，反之亦然。電磁波就是電場和磁場互相變化造成的一種電磁輻射，也就是光。

介紹完「光」，我來介紹一下「光子」。

前面說過，光是一種電磁輻射，那麼「光子」是什麼呢？

因為光子的概念和原子、分子有關，所以我先請大家讀讀「元素化學表」。

在元素化學表的每一個格子都代表一種元素，指的是某一些微小粒子的總稱。

這些微小粒子的名字叫原子。這原子有些像大自然的積木，是所有物質的基本組成單位。

原子雖然小，但科學家還是有辦法分析出他們其實是由三種不同的粒子--- 中子、質子和電子---所組成。

下圖中所顯示的就是原子的細部結構。

像粽子一樣被綁在中間的叫原子核由兩種粒子----也就是質子（以紅色粒子表示）和中子（灰色粒子）組成。

而電子指的是在原子核外的特定軌道上繞著原子核高度運動的帶電粒子，在圖中以藍色粒子表示。

光子，指的是當電子從某一個繞核軌道躍到其他軌道時，所釋出的能量包裹（energy package)。

光子中所攜帶的能量決定了光的波長，光子的能量越少，光波的波長越長。

用池心投石的例子說明，石頭所攜帶的能量越少，光波的波長越長。

而光子的行為之所以難以捉摸，是因為光子在某些情況下表現得像波，有些情況下又表現得像粒子，這就稱為光的波粒二元性。

接下來讓我們談談光的分類。