關于光，你所不知的8件事

倩倩

光無處不在，但你對飛馳而過的光子有多少了解呢？

1、光子可以在水或空氣中產生像音爆一樣的沖擊波。

在真空中，沒有什么比光跑得更快。然而，在空氣、水、玻璃和其他材料中，光會慢下來，因為光子和介質中的原子發生了相互作用。這會產生一些有趣的結果。

來自太空的能量最高的伽馬射線撞擊地球大氣時，會比空氣中的光速更快。這些光子會在空氣中產生像音爆一樣的沖擊波，只不過它們制造更多的光子而不是聲音。一些天文臺就在尋找這些次級光子，即切倫科夫輻射。在核反應堆里，核燃料周圍的水中也會出現切倫科夫光。

2、大部分光都對人眼不可見。

“顏色”是我們大腦對光線波長的一種“翻譯”。波長是指光在其波形出現重復前跑過的距離。但是我們看到的有色光（也就是可見光），僅僅是完整的電磁波譜中的一小部分。

紅光是波長最長的可見光，如果把它的光波繼續拉長，就會得到紅外線、微波（包括做飯用的微波）和無線電波。比紫光更短的波包括紫外線、X射線和伽馬射線。波長也可以用來描述能量：無線電波的長波長擁有的能量低，而波長短的伽馬射線能量最高，這也是伽馬射線對于活體組織十分危險的一大原因。

3、科學家可以對單個光子進行測量。

光由一種名叫“光子”的粒子組成，光子是攜帶一定電磁場能量的小包。如果實驗足夠靈敏，研究人員可以對光子進行計數，甚至對單個光子進行測量。研究人員甚至曾短時把光凍結。

4、粒子加速器中產生的光子可用于化學和生物研究。

可見光的波長比原子和分子的尺度大，所以我們實際上看不到物質的組成成分。然而，短波長的X射線和紫外線卻適用于展示小尺度的結構。科學家使用觀察高能光線的方法（如，原子吸收光譜分析）窺探原子世界。

利用磁場加速電子，粒子加速器可以產生特定波長的光子，這種光子叫做同步輻射。研究人員利用粒子加速器制造X射線和紫外線，然后將這些光用于研究分子和病毒的結構，甚至可以對化學反應進行錄像。

5、光是電磁力——自然界四種基本作用力之一的表現形式。

光子身上帶有電磁力，而電磁力是四種基本作用力之一，其他三種分別是弱力、強力和引力。當電子穿過空間時，由于電性吸引或排斥，其他的帶電粒子能夠感應到它。因為這一效應受到光速的限制，其他粒子實際上是對電子過去的位置而非真實的位置作出反應。

6、光子容易產生，也容易消滅。

光子不像一般的物質，所有東西都能夠產生或消滅光子。假如你在電腦上看這篇文章，屏幕的背光正在產生向你眼睛飛來的光子，它們到達后眼球便被吸收，也就被消滅了。

電子的運動能夠產生或者消滅光子，這也是大量光線產生和吸收的原因。電子在強磁場中的加速運動會產生光子。類似地，當一個合適波長的光子撞擊一個原子時，它會消失，并且將自己所有的能量都用于把原子核外圍的電子踢到新的能級上。而當這個電子落回原來的位置時，一個新的光子便產生并被釋放出來。光子的吸收和發射使得每一種原子或分子具有獨一無二的光譜，這是化學家、物理學家和天文學家用來辨別化學物質的主要方式。

7、當物質和反物質湮滅時，光是這一過程的副產品。

一個電子和一個正電子擁有同樣的質量，但是它們的量子性質（比如電荷）是相反的。當它們相遇時，電荷相互抵消，電子的質量被轉換成能量，并以一對伽馬射線光子的形式釋放。

8、光子碰撞可以產生粒子。

光子的反粒子是它們自己，而支配光子的物理定律是關于時間對稱的。這意味著，如果我們可以通過電子和正電子的碰撞來得到兩個伽馬射線光子，我們也應該能夠通過兩個能量合適的光子的碰撞來得到一個電子-正電子對。