光線維繫著我們對宇宙的感知。
有了光線,我們才能看到遙遠的星星,
探尋存在的起源。
不過,「光」到底是什麼?
簡單來說,組成光線的光子就是能量傳輸的最小單位。
光子是基本粒子,沒有嚴格的大小,
也不能分裂,只能產生和消亡。
光子也有「波粒二象性」,
也就是,在某種意義上,既是粒子又是波,
雖然這並不是真的。
另外,當我們說「光」的時候,一般都是指「可見光」。
其實可見光只佔有整個電磁頻譜的極小部分,
只是電磁輻射的少數典型。
不同的電磁輻射擁有
十分不同的波長和頻率。
伽馬射線的波長最短,因為其光子的能量最高。
多數伽馬射線只有不到十皮米的波長,
比氫原子小得多;
氫原子之於一分硬幣的大小,
相當於硬幣之於月亮。
可見光位於頻譜的中間,
波長介於 400 至 700 納米,
大概是細菌那麼大。
在頻譜的另一端,射頻電波的波長可以高達 100 公里;
而已知最大波長
可能超過十萬公里,
比地球大得多。
從物理的角度看,這些不同的電磁波都是一樣的——
它們都具有「波粒二象性」,也以光速「c」前進,
僅僅是頻率不同。
可見光有什麼特別之處嗎?
呃⋯⋯沒有。
只是我們的眼睛正好能
感知這些頻率的電磁波。
不過,這也不完全是巧合
可見光是僅有的
在水中容易傳播的電磁波;
而最早的眼睛就是在水中進化出現的。
眼睛是一項偉大的發明,因為它接收的光線
不僅會與物質反應,還會為物質所改變,
所以可以幫助我們了解周圍的世界,
毫無延遲,
當然有利於動物的生存。
那麼,光是從哪裡來的呢?
當原子或分子由高能態轉變為低能態的時候
就會發出各種頻率的電磁波;
電磁波就是失去的能量。
從微觀角度看,當原子中的一個電子
從激發態跌至低能態並散發掉其多餘能量時
就會發出可見光。
同樣,光線也能擊中電子,被電子吸收,
令電子進入能量更高的狀態。
從宏觀角度看,變化的電子能量
產生一個震盪的磁場,
磁場又產生一個垂直的電場,
兩種場在空間中前進,
傳輸能量,
也傳送關於誕生地的訊息。
為什麼光是宇宙萬物中速度最快的呢?
從另一個角度問:
宇宙中最快的速度有多快?
就是「c」,真空中 299 792 458 米每秒,
每小時十億公里。
電磁輻射正好就是這麼快。
其實,任何零質量的粒子都只會以光速前進,沒有加速過程。
就是說,當光從蠟燭中出來的時候,
不會從零加速到光速;
產生的瞬間光就已經是光速前進。
那麼,為什麼光速「c」是有限的呢?
呃⋯⋯沒人知。
宇宙就是這樣,
我們也不知道如何回答。
所以光是一種頻譜的一部份,
是一種像波一樣的基本粒子,
由兩種垂直的場推進,
以宇宙最高速度前進。
好了,就這樣。不過其他更加古怪的東西,
像以光速前進對時間的影響,
雙生子佯謬,量子力學之類的東西呢?
且看下次分解。
現在,為我們的眼睛歡呼吧:
它們接收穿梭時空的訊息,
讓我們「看見」萬物,從而思考我們的存在。
譯/Julian Y.