粟野諭美,崗山天文博物館館長(zhǎng)。1972年生于東京,以天體光譜的數(shù)碼制作為契機(jī)走上天文學(xué)教育之路,立志為自己和讀者展現(xiàn)一個(gè)“流連忘返”的宇宙。對(duì)天空的顏色和各種光學(xué)現(xiàn)象也很感興趣,經(jīng)常習(xí)慣性地抬頭看天。愛好旅行和音樂,有時(shí)間的時(shí)候喜歡去海邊或參觀名勝古跡。主要著作有《宇宙光譜博物館》《最新宇宙學(xué)》《暢游星空》等。
7.光的色散、衍射、干涉
太陽光通過棱鏡則會(huì)被分解為七色光,將CD或DVD朝向陽光就會(huì)看到彩虹的顏色,肥皂泡的表面和道路的水坑中的油膜等也會(huì)呈現(xiàn)七彩。這都是因?yàn)樽鳛椴ǖ墓饩哂小吧ⅰ薄ⅰ把苌洹焙汀案缮妗钡幕拘再|(zhì)。
像空氣和棱鏡,光線入射到折射率不同的介質(zhì)中時(shí),會(huì)發(fā)生折射。此時(shí),根據(jù)光的波長(zhǎng)不同,折射率也會(huì)稍有不同,因此白光被分解為各種顏色的光,這種現(xiàn)象被稱為“色散”(dispersion)。棱鏡之所以能夠分解光線使之呈現(xiàn)彩虹色,都是因?yàn)楣饩哂猩⒌幕拘再|(zhì)。
此外,在經(jīng)過與其波長(zhǎng)幾乎相同的微小窄縫(小孔)時(shí),光線會(huì)沿窄縫的邊緣發(fā)生彎曲而偏離直線傳播,這種現(xiàn)象被稱為光的“衍射”(diffraction)。在CD或DVD的表面,有很多用于記錄數(shù)字信號(hào)的微小凹陷,光會(huì)在這個(gè)角中發(fā)生衍射,并且衍射的程度根據(jù)波長(zhǎng)的不同而不同,因此會(huì)看到顏色。
兩個(gè)波重合時(shí),在重合區(qū)域內(nèi),某些點(diǎn)的波始終變強(qiáng),而另一些點(diǎn)的波始終變?nèi),這種現(xiàn)象稱為波的“干涉”(interference)。光也是波的一種,因此光也會(huì)發(fā)生干涉。例如,肥皂泡或水坑中的油膜的厚度也只有光的波長(zhǎng)左右。因此,在薄膜上面反射的光和在下面反射的光會(huì)重合并相互加強(qiáng)或減弱,發(fā)生干涉。但是,波長(zhǎng)(顏色)不同時(shí),某個(gè)波長(zhǎng)的光會(huì)加強(qiáng),而其他波長(zhǎng)的光會(huì)減弱,因此會(huì)看到顏色。
8.棱鏡和衍射光柵
很好地利用了光線色散性質(zhì)的工具是棱鏡,利用了衍射性質(zhì)的工具是衍射光柵。
我們將用玻璃或水晶、塑料等透明物質(zhì)制作成的三角柱稱為“棱鏡”(prism),也稱為“三棱鏡”。
讓從狹縫中發(fā)出的平行光和激光光線照射到棱鏡上,則光線會(huì)被棱鏡反射或折射。光線因波長(zhǎng)不同而造成折射率不同,因此光發(fā)生折射時(shí),波長(zhǎng)不同其折射程度也不同。具體來講,與波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅光相比,波長(zhǎng)較短的紫光會(huì)發(fā)生更大的折射。其結(jié)果就是入射到棱鏡中的白光被折射而從棱鏡中出來時(shí),被分散成紅色至紫色的光譜。
此外,在玻璃或金屬等材質(zhì)上刻上寬度為光的波長(zhǎng)左右的格子(很多時(shí)候是平行線),然后用其使光發(fā)生干涉,這種光學(xué)儀器被稱為“衍射光柵”(grating)。
射入衍射光柵的光,在衍射光柵的圖案的作用下會(huì)發(fā)生衍射,此時(shí),偏離直線傳播的光會(huì)重合進(jìn)而發(fā)生干涉,重合區(qū)域內(nèi)的某些點(diǎn)的光始終變強(qiáng),另一些始終變?nèi),但根?jù)其衍射方向的不同,變強(qiáng)的光的波長(zhǎng)也不同。其結(jié)果就是變強(qiáng)的光排列聚焦而形成光譜。
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