波長與頻率

想像一隻鴨子浮在平靜的湖面上，漣漪一圈圈從它身邊滾過。兩個簡單的問題就能描述這些漣漪。波峰之間相隔多遠？那段距離就是波長。每秒有多少個波峰經過鴨子？那個數目就是頻率。每一種波，包括每一種光，都能用這同樣兩個數來描述，而且只要知道其一就能求出另一個。

對光而言，波長（常用希臘字母 λ 表示）和頻率（常用希臘字母 ν 表示）由一條簡單規則綁在一起：波長乘以頻率等於光速，而光速對所有光都相同。因為它們的乘積是固定的，兩者此消彼長：波長長則頻率低，波長短則頻率高。波長跨越驚人的範圍，從無線電波的數千米，一直短到伽馬射線的比原子核還小。可見光我們用奈米（十億分之一米）來量；紅光約700奈米，紫光約400奈米。

這兩個數是天文學家用來描述和歸類光的實用把手。同一個波段可以用任一者標註：射電天文學家通常報頻率（兆赫、吉赫），而光學和紅外天文學家通常報波長（奈米、微米）。頻率還直接連著光子的能量（能量等於普朗克常數乘以頻率），所以「頻率更高」「波長更短」「能量更大」說的是同一回事。當來自遙遠星系的光在抵達我們的途中被拉伸時，被拉長的正是波長、降低的正是頻率——這就是紅移的根本。