——生活中的光学知识知多少

？ 作者：郭秀金 复旦大学信息科学与工程学院

？？曾经看到过的一句话：为了看到光，我来到世上。多么意味深长的话语，当然我不知道命运之神对他做了什么，使他发出如此感慨。也许在今天许多人看来这句话都略显虚假，但是这里姑且放下这句话本身，再考虑下如果这句话改写成:“因为有了光，我看到了这个世界”。我想应该没有人会认为这句话有失妥当。
？ 正如初高中各学科奥赛试题风格，就是让所谓的“数学精英”推理研究那些“自然哲学的定理规律”一样，貌似对于再熟悉不过的光我们完全可以通过日常观察给出明确的定性，但事实上纵观人类对于光的认识整个经历却可以用漫长而艰辛来形容。从我国古代《墨经》中小孔成像的观察，17世纪牛顿粒子说与惠更斯波动说的长期争论，最终波粒二象性的双重性结束了长达一个半世纪的争论不休。当然还是想强调科技进步的每一个过程远不是字面上的寥寥数语可以涵盖。
？ 无论如何不得不油然而生一种由衷的幸福，因为有物体发出的光线进入人眼，经过眼睛结构的接受信息转化在视网膜上成像，我们看到世界呈现出抑或万物蓬勃生机或人间常情百态。给了这个世界的存在以深远的意义。无论怎样光在人类日常生活，不管科学技术发展,医疗保障，或是公共服务事业等各方面都占据着举足轻重的作用。从激光技术、光纤通信、海底光缆等传输信号系统等的蓬勃发展及给人类通信生活带来的极大便利无疑不正面反映出光学现象与人类生活的紧密相关，但事实上日常生活中，我们却对这位“密友”了解甚少，甚至存在“偏见”。仅想通过本文历数几件常见光学现象以缩短彼此间的距离，带领更多人进入这熟悉而又陌生的光学世界。

？？？瞩目大千世界——万紫千红的自然景象让无数诗人为之魂牵梦萦，推敲出无数佳词美句为后人广为传颂，从“水光潋滟晴方好，山色空蒙雨亦奇”到“胜日寻芳泗水滨，无边光景一时新”的闲逸恬静，从“湖光秋月两相和，潭面无风镜未磨”到“绿树阴浓夏日长，楼台倒影入池塘”的诗意深沉，总能体会到自然对人类心灵的触动与思维的启迪。例如对彩虹的认识从“两岸绝壁一线天，瀑布彩虹舞山涧”的直观认识到“赤橙黄绿青蓝紫，谁持彩虹当空舞?”的颜色辨识，但是为什么雨后平时毫无艳丽色彩的太阳光居然会欣喜地换上“七彩的新装”？这里首先要揭穿太阳光的面纱，太阳光实质上由不同波长的光组成，其中最为熟悉的莫过于可见光。雨后空气中形成小水滴，阳光以不同角度入射，先经过一次折射然后在水滴背面反射，最后离开水滴再折射一次，正是由于水滴对不同波长光的折射率存在差异导致色散(不同波长的光通过不同的传播路径)现象的产生。又由于对蓝光的折射率大于红光的折射率使得红光具有比其他光大的折射角于光谱的最上方，由“赤、橙、黄、绿、蓝、靛、紫”依次排列，最终构成眼见的七色彩带。

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？？ 当惊喜于悬挂天际绚丽纽带的同时，奇花异草的争奇斗艳也往往成为令人赏心悦目的亮点。而视觉感知的外界现象通常是经由物体发射光线，然后传入人眼视觉感知器官经神经中枢形成相应于形色的反馈。即人眼感知自然界万物的作用机理是物体反射光线形成视觉效应，这点经常为众人所忽视甚至误解，认为光是从物体自身发出的光，其实并非如此，能够产生光的是光源，诸如太阳等自然发光体、灯源及激光等人造光源，自然界大多数物体为人所见是物体反射光线进入人眼之故。例如红花之所以为红色是阳光照射到花瓣上，由于花瓣中含有花青等色素，只吸收除红光以外的其它波段所以反射出红光,为人眼接受后呈现出红色。同样对于其紫色、橙色等各式含有色素的花朵。但是对于白花会显示白色可能需要稍作解释，因为白花中仅含有极少量色素，所以将太阳光所有波段的光线全部反射进入眼中，“七色光”混合即呈现出日长见到的白光。这里举一个相关的趣味光学现象：众所周知，洗印照片定影过程背景灯是红色的，试想此时有一位穿黄色衣服的工作人员进入，在其他人看来衣服是什么颜色的？有些人可能对美术有兴趣认为黄红颜料相配显现的理所当然是橙色，但事实上并非如此，其实答案很简单，只要记住物体显色的机制是反射光线，对于黄色衣服的话并没有反射任何光线所以呈现黑色；进一步考虑如果他穿的是红色衣服，那么由于衣服反射红光而呈现红色。汇总无数看似并不起眼的光反射现象便构成了自然界无数光鲜靓丽的景象。
？ 欣喜于纷繁复杂、美艳迷人的自然界景象带来的视觉冲击的同时，人们的审美需求也与日俱增，不论在休闲娱乐抑或工作生活等方面。但正如法国著名雕塑家罗丹所言“世界上不是缺少美，而是缺少发现美的眼睛”，我们常常对这些“美”熟视无睹，殊不知哪怕并不起眼的泡沫亦有其令人赞叹之处。例如司空见惯的啤酒泡沫，日常中见到的啤酒多时燕麦等酿制成，最终制成的啤酒是黄色但是泡沫确实白色，这不禁让关注生活细节的人抓耳挠腮。其实道理很简单，泡沫是大量小气泡组成，可以从不同角度分散太阳光线，由于体积较小各种波长光线融合为人眼接受看起来是白色的。但是细心的人可能会发现吹肥皂泡时看到的却是“五颜六色”，因为肥皂泡较大且在空中飘飞时由于薄膜表面液体受重力作用向下聚集导致形成的膜面并不等厚均一而是一个上窄下宽的契状，当光线入射到膜面由于不同波段可见光折射率及传播路径的差异，由干涉现象而呈现出斑斓色彩。

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？？？？？ 古语有云“爱美之心人皆有之”，在关注绚丽多彩生活元素的同时，作为当事人的我们对待“美”可谓执着地追求。追溯起来满足人们爱美心理最原始的辅助工具便是水面，经常可以看到古画中描摹一位垂发女子以湖面为镜稍作梳妆，直至今天仍可见此情此景，而它之所以可以真实呈现被照物就是因为成理想像，不会对物体进行放大或缩小。渐渐随着娱乐需求的转变，“扭曲”形象的镜子应运而生—哈哈镜，喜欢逛商场的人群对之应该并不陌生，有些镜子可以显瘦而有些作用相反，其实探知机理其实没有什么高深的奥秘，仅仅因为它们的镜面是或凹或凸而并非一度平整的镜面，使得物体被相应的放大或缩小，最终呈现在眼前的就是失真的像。追究其原理其实非常简单，但许多商店设计特别的镜面应用于试衣间或宣传柜来吸引消费者，最后获得丰厚的利润回报。
诸如此类现象在日常生活中极其常见但是却往往为人所不解的光学现象其实非常多，主要是因为缺乏相应的基本常识，当然还有“以讹传讹”、“道听途说”等现象的干扰影响，希望通过本文对些许现象稍作解释与普及，并引起大家对身边“细枝末节”的关注成为生活的有心人，洞察生存哲学，丰盈人生智慧。