科普丨《看不见的光》：从红外线到X光，电磁波的发现趣史

从红外线到X光，电磁波的发现趣史

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精华笔记 

除了可见光之外，还存在很多我们看不见的光。比如，红外线、紫外线、无线电波、微波、X射线、γ射线，它们与你的生活息息相关。美国著名的天文科普作家鲍勃·伯曼在《看不见的光》一书中，就详细介绍了各种不可见光的发现历史，以及各自不同的特点。

一、为什么有的光可见，有的光不可见？

1.可见光是什么？

17世纪，物理学家牛顿认为，光是一种极其细小的微粒，不同颜色的微粒混合成了白光。同一时期的物理学家惠更斯认为光是一种波。微粒说和波动说的争论一直持续了两个世纪。

直到1865年，苏格兰物理学家麦克斯韦才进一步揭开了光的本性。他宣称光是一种电磁现象，是一种可以自我维持的电磁波。具体来说，光是由互相垂直、不可分割的电波和磁波组成的复合体，这两种类型的波互相激励，使得光能够持续传播。

1896年，荷兰物理学家洛伦兹指出，光的产生本质上是源于极其微小的原子的震动。当原子受到能量的冲击，原子内部就会剧烈震动，电子向远离原子核的方向发生迁移，又会很快向原子核靠近。在电子向原子核靠近的过程中，就会释放出电磁波，也就是光。

2.人眼为什么能看到可见光？

这是因为视网膜上存在一种特殊细胞——锥体细胞，锥体细胞能接收某些特定波长的电磁波，并转化为神经传导信号，再通过视神经传导给大脑视觉中枢，于是我们就能感觉到光。椎体细胞可以接收波长在400到760纳米之间的电磁波，只有这一范围之内的才是可见光，人的视觉中枢又把接收到的不同波长的电磁波翻译成不同颜色。

在现实世界中，有各种波长的电磁波，最长可达几千米，最短的则小于千分之一纳米，它们的波长并不在眼睛可接收的范围内，我们就称之为不可见光。

二、不可见光都是怎么发现的？有哪些特点？

1.红外线

1800年，英国著名天文学家威廉·赫歇尔在研究太阳光光谱加热作用时，偶然间发现红光外的阴影区域能让温度计的示数大幅升高。他认为在红光外，一定存在某种看不见的射线，也就是红外线。红外线有很好的加热效果，人们利用红外线的这一特点制造了许多仪器，比如红外线夜视仪、红外线治疗仪等等。

2.紫外线

1801年，德国一位叫约翰·里特尔的科学家发现了紫外线。当他把浸泡过氯化银的试纸放到紫光外的阴影区域时，发现氯化银很快分解了，于是发现了紫外线。紫外线是是这样一种高能射线。它可以直接把电子从原子中剥离出来，这就是电离现象。电离现象相当于破坏了原子的结构。人们利用紫外线的这种能力，制造了紫外线消毒设备。阳光中含有紫外线，如果过量照射会伤害皮肤，甚至破坏人体细胞中的DNA，诱发癌变。

3.无线电波

1886年，德国物理学家赫兹利用电火花装置，率先制造并检测出了波长很长的电磁波，它就是无线电波。无线电波有一个特性，就是能拐弯，可以轻易地通过反射折射，绕开山峰等障碍物，最远可以传播到几千千米之外。人们利用无线电波，实现了无线电通信。不过无线电波的信号传播的距离是有限的，因为它非常容易受到干扰的。

4.微波

人们就把无线电波中波长较短、频率较高的部分，独立出来使用就是微波。和波长更长的无线电波相比，微波虽然不善于拐弯，但具有较强的直线穿透力，不容易受到干扰。日常生活中的大部分通讯信号，比如手机信号、无线wifi等都属于微波范围。在全球GPS定位系统中，卫星与地面通讯的信号也是微波。雷达也同样是使用的微波。

5.X射线

1895年，德国科学家伦琴最早发现了X射线。它的波长在0.001纳米到10纳米之间。波长越短，能量越大，X射线能穿透纸板、薄铝板和人体。利用X射线的穿透力，人们制造了X光机，帮助医生诊断骨骼、内脏等的疾病。不过， X射线同样能破坏原子对人体有一定的危害，使用时需要防护。

6.γ射线

最早发现γ射线的是英国科学家卢瑟福。在核裂变的过程中，通常会放出三种射线：α射线、β射线和γ射线。威力最大的是γ射线，这也是核武器有巨大杀伤力的主要原因。γ射线是波长小于0.001纳米的电磁波，它具有极强的穿透能力，对人体的危害也是最大的。如果严格控制强度和作用范围，γ射线可以用于癌症的治疗。

三、我们怎么才能避免不可见光带来的危害？

1.什么是有害辐射

辐射通常是指，能够影响人体或其他物质的波或者粒子。包括光在内的各种电磁波，都有电磁辐射，但并不是所有的电磁辐射都是有害的。在不可见光中，有害的电磁辐射集中在紫外线、X射线和γ射线上，它们都能使原子电离，又被称为电离辐射。

2.普通人应该关心的有害辐射

如今原子能被人们广泛开发和使用，辐射问题也受到了越来越多关注。如果有严格的防护措施，一些核设施是非常安全的。作为普通人，我们更应该关心身边可能接触到的有害辐射。

一些天然辐射是需要人们警惕的，比如长期高空飞行接触的宇宙射线，以及氡含量超标的地区长期住在地下室，都可能遭受较大剂量的辐射。在医院里照X光的辐射量较大，CT的辐射量更大，应该避免过量的射线检查。

适当晒太阳有助于健康，但在赤道等低纬度地区，以及青藏高原等高海拔地区，紫外线通常比较强，海边和雪地里的紫外线也比较强，需要注意做好防晒措施。

手机信号使用的是微波，是否有危害存在争论。不管微波是否有潜在的危害，要想避免它的影响，方法也很简单，那就是尽量让手机远离你的耳朵。

书           名：看不见的光

作           者：[美]鲍勃·伯曼

主    讲   人：林雨

主讲人简介：清华大学科学技术哲学硕士，国家图书馆副研究馆员

主           播：茱丽叶婷

策 划  编 辑：左宓

总    编    辑：徐苑