书城教材教辅课本上读不到的物理故事
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第19章 有趣的光学(5)

回国后,拉曼又认真思考了这个问题,并开始深入研究。很快他就发现,瑞利的观点是错的!海水根本不是反射了天空的颜色,而是水分子对光线的散射导致海水呈现出蓝色,这跟大气分子散射阳光而呈现蓝色的道理是一样的。后来,拉曼再接再厉,相继在固体、液体、气体中都发现了光的散射现象。于是,拉曼获得了诺贝尔物理学奖,他的散射发现也被称为拉曼效应。

不过,拉曼散射被世人所知也是经历了漫长的过程的。虽然拉曼在光学和声学的研究中取得了惊人的进展,并在1907年印度科学开发委员会的学报上发表了一篇题为“惠更斯次波的实验研究”的论文。后来几年中,他的论文不断出现在这份学报中。1912年拉曼获得了柯曾研究奖,1913年他又荣获伍德伯恩研究奖章。不过印度当时是英国的殖民地,印度人遭受歧视,拉曼的研究成果也因此当然也遭到了冷遇。几经辗转,直到他的论文《光束传播论》在法国物理学会刊物上发表之后,拉曼才引起了各国学者的注意。从此,拉曼的研究受到了世人瞩目。他的论文《一种新的辐射》中首次指出散射光中有新的不同波长的成分,它和散射物质结构有着密切关系。这个现象就是“拉曼效应”。此外,拉曼还在衍射、气象光学、胶体光学、光电学、振动、声音、乐器、超声学、X射线衍射等领域,都做出了重大的贡献。

【物理碰碰车】业余的物理天才——拉曼

拉曼是印度人,从小就才智出众,以优异的成功进入了马德拉斯学院学习,并在那里获得了硕士学位。

他在大学中四年的学习中对光学和声学产生了浓厚兴趣。他的第一篇论文发表在《哲学月刊》上,题目是《论光束的散射》。由于印度人的身份,他无法留校担任教师,只好改行做了书记官。但是在工作至于,他始终牵挂着自己的科学目标。几年间,他到了好几个城市,不论身处何处,他都会千方百计到当地的实验室中去进行研究。

他的付出最终得到了回报,他发现的散射现象终于帮他赢得了世界性的声誉。1930年,拉曼获得了诺贝尔物理学奖,表彰他研究了光的散射以及他所发现的“拉曼定律”。

太阳为什么是红的

空气是无色的而天空是蓝色的,太阳发出的是白光而我们看到的却是红色夕阳,水是透明的,海洋却是蓝色的。很奇怪是不是?是人的眼睛出了问题,还是有人在搞恶作剧?

现在我们知道了出现这些现象都是因为光的散射在搞鬼!那么什么是光的散射呢?当光在一种介质中传播时,由于介质内部物质的不均匀或其中存在其他物质的微粒,光不再直着走,而向四面八方散开,这就是光的散射。地球上的空气,其内部气体的分部是不均匀的。当光线射进这些不均匀的空气中时,一部分光就无法直接前进,只能向四面散开。于是,你们看到到处都是明亮的。

明白了散射,再来看看上面的问题吧!大气对不同颜色的光的散射作用是不同的,波长短的光受到的散射最厉害。因此,阳光中波长最短的蓝光就被散射得多一些,从地面看去,天空就呈现蓝色。可一到傍晚,太阳光穿过大气层的厚度比正午时要厚得多,传播距离也长,因此,波长短的蓝光就被散射掉,而波长长的红光就多起来,因此夕阳看起来就成了红色。现在,你明白太阳为什么是红色的了吧?跟海水和天空中出现的大气散射是一个原因哦!

【物理碰碰车】太阳光究竟是什么颜色

太阳光真是白色的吗?其实不是。实际上,太阳光是由很多不同颜色的光复合而成的。也就是说,白光其实不是单色光,而是由其他色光会聚而成的。白光可以分解成赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光,也就是雨后彩虹的七种颜色,这七种光才是单色光。我们看到的物体呈现出不同颜色,都是由于物体对这七种光的不同反射而产生的。现在你能分清光的散射和反射形成的颜色有什么不同吗?

蜗牛怎么变成了海底“鬼火”

挑战胆量的时候,总会有人说让他去坟地里走一圈,这不仅是因为坟地里埋葬着很多死人,更可怕的是可能会有飘忽的鬼火出现。不过,以后挑战胆量的时候又多了一个选择,因为海底也有鬼火哦!

某天,一位海底潜水者忽然被眼前的“鬼火”吓坏了,一团蓝绿色的光竟在他眼前漂浮着移动!太可怕了,难道海底真的有鬼吗?当然不是,发出蓝光的其实是海蜗牛。科学显示,海蜗牛的外壳会发出荧光,吓唬捕食者。可这是为什么呢?

为解开海蜗牛发光之谜,科学家抓来海蜗牛做了实验,结果表明:海蜗牛的外壳之所以能发光,是因为它能散射光线,而且它很挑剔,只有蓝绿色的光才能让它发亮!还真是个难缠的家伙呢!不过,海蜗牛的外壳确实是一种极其有效的“光线发散器”,比人类现有的任何一种人造发光体的功能都强大。看来,小小的海蜗牛,物理学得还真不错!

除了海蜗牛之外,“穿墙术”也是科学家的最新发现!一种被称为“超散射体”的新颖材料,能在视觉上放大物体,如果将其裹在一个直径10厘米的小球上,那么小球的直径看起来就膨胀到了2、3米。如果将超散射体置于打开的大门中间,超散射体在视觉效果上就会成倍放大,看上去门和周围的墙融为一体了。这时,你就可以像哈利·波特一样穿墙而过了!不过,穿过去后能不能到达魔法世界,就很难说了!

【物理碰碰车】慈禧照相趣闻

慈禧为了照相,特意在颐和园的乐寿堂前面搭设了摄影棚,设置了布景屏风,并且按照宫殿里面的样式布置。为了突出慈禧的立体形象,又不触犯慈禧所忌讳的阴阳脸,同时还要提高成相的清晰度,工匠们只好利用自然的散射光,来帮助慈禧达到最佳的效果。

与时间有个约会:光速

一秒300000000米,光的速度无人能敌

光速,也就是光在介质中的传播速度,它到底有多大呢?你来猜猜吧!1000米/秒?看来你永远也猜不到,因为它远远超过了你的想象:光在空气中的传播速度大约是3.0×108米/秒。世界百米赛跑记录是9秒,也就是人一秒钟最快能跑11米多,可光一秒钟能跑300000000米。光的速度真是太快了真是太快了!

没人追得上光,光速是目前已知的最大速度!如果逃犯能够以光速逃跑,估计整个太阳系都抓不住他!不过,最开始的时候,人们以为光速是无限大的。后来,这种说法引起了伽利略的怀疑,他专门在地面上做实验,以证明光速是有限的。不过,即使光的速度有限,光依然是世界上跑得最快的东西!