電磁波譜
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當你看到彩虹時,你看到的只是某個更宏大事物的一小條切片。從紅到紫的可見顏色,只是一整個連續波家族中的一小段;在它兩側延伸開去的,是我們眼睛根本捕捉不到的不可見之光:紅的一側有無線電波、微波、紅外,紫的一側有紫外線、X射線和伽馬射線。把可見與不可見合在一起的整條帶子,就叫電磁波譜,它是把我們對宇宙幾乎全部認識帶給我們的信使。
這些其實都是同一種物理實體:電場與磁場振盪前進所形成的波,全部以同一個速度在真空中傳播——光速,約每秒30萬公里。讓無線電波區別於伽馬射線的,只是波長,也就是相鄰兩個波峰之間的距離。無線電波可以長達數米甚至數千米;可見光的波長不到千分之一毫米;伽馬射線比一個原子還小。波長越短,頻率越高,每一份光攜帶的能量也越大;所以這條波譜本質上是一個量——能量——從最溫柔的一端(無線電)平滑滑向最猛烈的一端(伽馬)。
波譜之所以重要,是因為宇宙中每個天體都會在其中某個波段發光,而不同波段揭示不同的東西。星際間寒冷的氣體在無線電波段歌唱,溫暖的塵埃在紅外發光,普通恆星在可見光中閃耀,熾熱的年輕恆星在紫外中燃燒,而像物質墜入黑洞那樣劇烈高能的地方則傾瀉出X射線與伽馬射線。要看清完整的宇宙,天文學家必須為每個波段建造不同的望遠鏡。各波段之間並沒有根本的分界線;這些名字只是人類在一段不間斷範圍上貼的方便標籤。
把手伸到一個發紅的電爐前。你的眼睛看到暗紅色,但你的皮膚能隔著距離感到熱:那股熱就是紅外光,是皮膚能感知、眼睛卻看不見的真實的光。同一個熾熱的電熱絲同時發出無線電波、紅外和可見光,全都以光速傳播,只是在不同波長上份量不同罷了。
紅外對眼睛不可見,皮膚卻能感到——這證明「光」遠遠超出我們能看見的那些顏色。
一個常見誤解是把無線電波和伽馬射線當成不同「種類的東西」。它們其實是同一種現象——電磁波——只是波長不同、因而能量不同罷了。