欣賞物理學(xué)-光的美麗

光的美麗物理與電子工程學(xué)院材料物理12-01李鵬洋541211020122光是人眼可以看見的一系列電磁波，也稱可見譜。在科學(xué)上的定義，光是指所有的電磁波譜。光是由光子為基本粒子組成，具有粒子性與波動(dòng)性，稱為波粒二象性。光可以在真空、空氣、水等透明的物質(zhì)中傳播。對(duì)于可見光的范圍沒有一個(gè)明確的界限，一般人的眼睛所能接受的光的波長(zhǎng)在380～760nm之間。人們看到的光來自于宇宙中的發(fā)光物質(zhì)（例如恒星）或借助于產(chǎn)生光的設(shè)備，包括白熾燈泡、熒光燈管、激光器、螢火蟲等。什么是光彩虹，又稱天虹，簡(jiǎn)稱虹，是氣象中的一種光學(xué)現(xiàn)象，當(dāng)太陽光照射到半空中的水滴，光線被折射及反射，在天空上形成拱形的七彩的光譜，彩虹的七彩顏色究竟是哪七種有不同的說法，東亞、中國(guó)對(duì)于七色光來說最普遍的說法是（從外至內(nèi)）：紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫或紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫，而西方常用的排色則為后者去掉靛色而成為六色。上帝的畫筆彩虹其實(shí)只要有空氣中有水滴，而陽光正在觀察者的背后以低角度照射，便可能產(chǎn)生可以觀察到的彩虹現(xiàn)象，彩虹最常在下午，雨后剛轉(zhuǎn)天晴時(shí)出現(xiàn)，這時(shí)空氣內(nèi)塵埃少而充滿小水滴，天空的一邊因?yàn)槿杂杏暝贫^暗，而觀察者頭上或背后已沒有云的遮擋而可見陽光，這樣彩虹便會(huì)較容易被看到。另一個(gè)經(jīng)?？梢姷讲屎绲牡胤绞瞧俨几浇?，在晴朗的天氣下背對(duì)陽光在空中灑水或噴灑水霧，亦可以制造人工彩虹。極光是由于太陽帶電粒子進(jìn)入地球磁場(chǎng)，在地球南北兩極附近地區(qū)的高空出現(xiàn)的彩色發(fā)光現(xiàn)象，一般呈帶狀、弧狀、幕狀、放射狀，這些形狀有時(shí)穩(wěn)定有時(shí)作連續(xù)性變化。在南極稱為南極光，在北極稱為北極光。上帝的魔法棒極光多種多樣，五彩繽紛，形狀不一，綺麗無比，在自然界中還沒有哪種現(xiàn)象能與之媲美。任何彩筆都很難繪出那在嚴(yán)寒的兩極空氣中嬉戲無常、變幻莫測(cè)的炫目之光。極光有時(shí)出現(xiàn)時(shí)間極短，猶如節(jié)日的焰火在空中閃現(xiàn)一下就消失得無影無蹤；有時(shí)卻可以在蒼穹之中輝映幾個(gè)小時(shí)；有時(shí)像一條彩帶，有時(shí)像一團(tuán)火焰，有時(shí)像一張五光十色的巨大銀幕，仿佛上映一場(chǎng)球幕火影，給人視覺上以美的享受。自然的力量—閃電是一種自然現(xiàn)象，通常是暴風(fēng)云（積雨云）產(chǎn)生電荷，底層為陰電，頂層為陽電，而且還在地面產(chǎn)生陽電荷，如影隨形地跟著云移動(dòng)。正電荷和負(fù)電荷彼此相吸，但空氣卻不是良好的傳導(dǎo)體。正負(fù)電荷克服空氣的阻障而連接上。巨大的電流沿著一條傳導(dǎo)氣道從地面直向云涌去，產(chǎn)生出一道明亮奪目的閃光。一道閃電的長(zhǎng)度可能只有數(shù)百米(最短的為100米)，但最長(zhǎng)可達(dá)數(shù)千米。閃電的溫度，從攝氏一萬七千度至二萬八千度不等，也就是等于太陽表面溫度的3~5倍。閃電的極度高熱使沿途空氣劇烈膨脹?？諝庖苿?dòng)迅速，因此形成波浪并發(fā)出聲音。閃電距離近，聽到的就是尖銳的爆裂聲；如果距離遠(yuǎn)，聽到的則是隆隆聲。閃電擊中自由女神像新浪科技訊北京時(shí)間10月13日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，紐約攝影師杰伊·菲恩上月底在曼哈頓炮臺(tái)公園市夜間的暴風(fēng)雨中拍下了壯觀瞬間，一道閃電擊中了自由女神像。他的這張照片有望贏得完美照片之稱。9月22日晚，菲恩端著照相機(jī)在暴風(fēng)雨中度過近2小時(shí)，拍了80多張照片，之后，8:45分他拍到這張?zhí)貏e的閃電照。菲恩先生40多年來一直希望拍到這一時(shí)刻，現(xiàn)年58歲的他表示，看到這張照片自己驚呆了。他說：“我留意過天氣預(yù)報(bào)，所以我知道暴風(fēng)雨要來，那就像是一個(gè)重要機(jī)會(huì)。我準(zhǔn)備好等待著，閃電終于來了，我拍了81張照片，最后拍到這一張。意識(shí)到發(fā)生了什么事之后我驚呆了。運(yùn)氣真的是太好了，這是一生一次的機(jī)會(huì)。它是那種我有生以來第一次看到的照片?！睙艄?，讓城市更美好城市，讓生活更美好是中國(guó)2010年上海世界博覽會(huì)的主題，我覺得這句話應(yīng)該還有個(gè)下聯(lián)，那就是燈光，讓城市更美好?，F(xiàn)如今，我們的世界已經(jīng)離不開光了，沒有光的城市夜晚一片漆黑。相反，每當(dāng)夜幕降臨，燈光打開，城市就像一位少女，靜謐、溫馨，是那么的美麗，相信沒有燈光絕不會(huì)達(dá)到如此效果。激光最初的中文名叫做“雷射”、“萊塞”，是它的英文名稱LASER的音譯，是取自英文LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation的各單詞頭一個(gè)字母組成的縮寫詞。意思是“通過受激輻射光擴(kuò)大”。激光的英文全名已經(jīng)完全表達(dá)了制造激光的主要過程，激光的原理早在1916年已被著名的美國(guó)物理學(xué)家愛因斯坦發(fā)現(xiàn)。1964年按照我國(guó)著名科學(xué)家錢學(xué)森建議將“光受激輻射”改稱“激光”。激光激光應(yīng)用很廣泛，主要有激光打標(biāo)、光纖通信、激光光譜、激光測(cè)距、激光雷達(dá)、激光切割、激光武器、激光唱片、激光指示器、激光矯視、激光美容、激光掃描、激光滅蚊器等等。我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)的下游需求主要是激光加工、光通訊、激光測(cè)量、激光器、激光元部件、激光醫(yī)療，其市場(chǎng)份額分別為43.5%、25.7%、14.3%、6.1%、4.8%、3.7%。激光的理論基礎(chǔ)起源于大物理學(xué)家‘愛因斯坦’，

1917年愛因斯坦提出了一套全新的技術(shù)理論‘光與物質(zhì)相互作用’。這一理論是說在組成物質(zhì)的原子中，有不同數(shù)量的粒子（電子）分布在不同的能級(jí)上，在高能級(jí)上的粒子受到某種光子的激發(fā)，會(huì)從高能級(jí)跳到（躍遷）到低能級(jí)上，這時(shí)將會(huì)輻射出與激發(fā)它的光相同性質(zhì)的光，而且在某種狀態(tài)下，能出現(xiàn)一個(gè)弱光激發(fā)出一個(gè)強(qiáng)光的現(xiàn)象。這就叫做“受激輻射的光放大”，簡(jiǎn)稱激光。定向發(fā)光普通光源是向四面八方發(fā)光。要讓發(fā)射的光朝一個(gè)方向傳播，需要給光源裝上一定的聚光裝置，如汽車的車前燈和探照燈都是安裝有聚光作用的反光鏡，使輻射光匯集起來向一個(gè)方向射出。激光器發(fā)射的激光，天生就是朝一個(gè)方向射出，光束的發(fā)散度極小，大約只有0.001弧度，接近平行。1962年，人類第一次使用激光照射月球，地球離月球的距離約38萬公里，但激光在月球表面的光斑不到兩公里。若以聚光效果很好，看似平行的探照燈光柱射向月球，按照其光斑直徑將覆蓋整個(gè)月球。天文學(xué)家相信，外星人或許正使用閃爍的激光作為一種宇宙燈塔來嘗試與地球進(jìn)行聯(lián)系。亮度極高在激光發(fā)明前，人工光源中高壓脈沖氙燈的亮度最高，與太陽的亮度不相上下，而紅寶石激光器的激光亮度，能超過氙燈的幾百億倍。因?yàn)榧す獾牧炼葮O高，所以能夠照亮遠(yuǎn)距離的物體。紅寶石激光器發(fā)射的光束在月球上產(chǎn)生的照度約為0.02勒克斯（光照度的單位），顏色鮮紅，激光光斑肉眼可見。若用功率最強(qiáng)的探照燈照射月球，產(chǎn)生的照度只有約一萬億分之一勒克斯，人眼根本無法察覺。激光亮度極高的主要原因是定向發(fā)光。大量光子集中在一個(gè)極小的空間范圍內(nèi)射出，能量密度自然極高。激光的亮度與陽光之間的比值是百萬級(jí)的，而且它是人類創(chuàng)造的。激光的顏色激光的顏色取決于激光的波長(zhǎng)，而波長(zhǎng)取決于發(fā)出激光的活性物質(zhì)，即被刺激后能產(chǎn)生激光的那種材料。刺激紅寶石就能產(chǎn)生深玫瑰色的激光束，它應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，比如用于皮膚病的治療和外科手術(shù)。公認(rèn)最貴重的氣體之一的氬氣能夠產(chǎn)生藍(lán)綠色的激光束，它有諸多用途，如激光印刷術(shù)，在顯微眼科手術(shù)中也是不可缺少的。半導(dǎo)體產(chǎn)生的激光能發(fā)出紅外光，因此我們的眼睛看不見，但它的能量恰好能"解讀"激光唱片，并能用于光纖通訊。但有的激光器可調(diào)節(jié)輸出激光的波長(zhǎng)。應(yīng)用領(lǐng)域激光的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，激光加工技術(shù)是利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對(duì)材料（包括金屬與非金屬）進(jìn)行切割、焊接、表面處理、打孔、微加工以及做為光源，識(shí)別物體等的一門技術(shù)，傳統(tǒng)應(yīng)用最大的領(lǐng)域?yàn)榧す饧庸ぜ夹g(shù)。激光武器是一種利用定向發(fā)射的激光束直接毀傷目標(biāo)或使之失效的定向能武器。根據(jù)作戰(zhàn)用途的不同，激光武器可分為戰(zhàn)術(shù)激光武器和戰(zhàn)略激光武器兩大類。激光通信是激光在大氣空間傳輸?shù)囊环N通信方式。激光大氣通信的發(fā)送設(shè)備主要由激光器（光源）、光調(diào)制器、光學(xué)發(fā)射天線（透鏡）等組成；接收設(shè)備主要由光學(xué)接收天線、光檢測(cè)器等組成。激光在美容界的用途越來越廣泛。色素沉著，如太田痣、鮮紅斑痣、雀斑、老年斑、毛細(xì)血管擴(kuò)張等，以及去紋身、洗眼線、洗眉、治療瘢痕等；而2013年以前一些新型的