光、辐射与电磁波谱

电磁波谱

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当你看到彩虹时,你看到的只是某个更宏大事物的一小条切片。从红到紫的可见颜色,只是一整个连续波家族中的一小段;在它两侧延伸开去的,是我们眼睛根本捕捉不到的不可见之光:红的一侧有无线电波、微波、红外,紫的一侧有紫外线、X射线和伽马射线。把可见与不可见合在一起的整条带子,就叫电磁波谱,它是把我们对宇宙几乎全部认识带给我们的信使。

这些其实都是同一种物理实体:电场与磁场振荡前进所形成的波,全部以同一个速度在真空中传播——光速,约每秒30万公里。让无线电波区别于伽马射线的,只是波长,也就是相邻两个波峰之间的距离。无线电波可以长达数米甚至数千米;可见光的波长不到千分之一毫米;伽马射线比一个原子还小。波长越短,频率越高,每一份光携带的能量也越大;所以这条波谱本质上是一个量——能量——从最温柔的一端(无线电)平滑滑向最猛烈的一端(伽马)。

波谱之所以重要,是因为宇宙中每个天体都会在其中某个波段发光,而不同波段揭示不同的东西。星际间寒冷的气体在无线电波段歌唱,温暖的尘埃在红外发光,普通恒星在可见光中闪耀,炽热的年轻恒星在紫外中燃烧,而像物质坠入黑洞那样剧烈高能的地方则倾泻出X射线与伽马射线。要看清完整的宇宙,天文学家必须为每个波段建造不同的望远镜。各波段之间并没有根本的分界线;这些名字只是人类在一段不间断范围上贴的方便标签。

把手伸到一个发红的电炉前。你的眼睛看到暗红色,但你的皮肤能隔着距离感到热:那股热就是红外光,是皮肤能感知、眼睛却看不见的真实的光。同一个炽热的电热丝同时发出无线电波、红外和可见光,全都以光速传播,只是在不同波长上份量不同罢了。

红外对眼睛不可见,皮肤却能感到——这证明“光”远远超出我们能看见的那些颜色。

一个常见误解是把无线电波和伽马射线当成不同“种类的东西”。它们其实是同一种现象——电磁波——只是波长不同、因而能量不同罢了。

又称
EM spectrum光谱(广义)電磁頻譜