关于光，你所不知的8件事

倩倩

光无处不在，但你对飞驰而过的光子有多少了解呢？

1、光子可以在水或空气中产生像音爆一样的冲击波。

在真空中，没有什么比光跑得更快。然而，在空气、水、玻璃和其他材料中，光会慢下来，因为光子和介质中的原子发生了相互作用。这会产生一些有趣的结果。

来自太空的能量最高的伽马射线撞击地球大气时，会比空气中的光速更快。这些光子会在空气中产生像音爆一样的冲击波，只不过它们制造更多的光子而不是声音。一些天文台就在寻找这些次级光子，即切伦科夫辐射。在核反应堆里，核燃料周围的水中也会出现切伦科夫光。

2、大部分光都对人眼不可见。

“颜色”是我们大脑对光线波长的一种“翻译”。波长是指光在其波形出现重复前跑过的距离。但是我们看到的有色光（也就是可见光），仅仅是完整的电磁波谱中的一小部分。

红光是波长最长的可见光，如果把它的光波继续拉长，就会得到红外线、微波（包括做饭用的微波）和无线电波。比紫光更短的波包括紫外线、X射线和伽马射线。波长也可以用来描述能量：无线电波的长波长拥有的能量低，而波长短的伽马射线能量最高，这也是伽马射线对于活体组织十分危险的一大原因。

3、科学家可以对单个光子进行测量。

光由一种名叫“光子”的粒子组成，光子是携带一定电磁场能量的小包。如果实验足够灵敏，研究人员可以对光子进行计数，甚至对单个光子进行测量。研究人员甚至曾短时把光冻结。

4、粒子加速器中产生的光子可用于化学和生物研究。

可见光的波长比原子和分子的尺度大，所以我们实际上看不到物质的组成成分。然而，短波长的X射线和紫外线却适用于展示小尺度的结构。科学家使用观察高能光线的方法（如，原子吸收光谱分析）窥探原子世界。

利用磁场加速电子，粒子加速器可以产生特定波长的光子，这种光子叫做同步辐射。研究人员利用粒子加速器制造X射线和紫外线，然后将这些光用于研究分子和病毒的结构，甚至可以对化学反应进行录像。

5、光是电磁力——自然界四种基本作用力之一的表现形式。

光子身上带有电磁力，而电磁力是四种基本作用力之一，其他三种分别是弱力、强力和引力。当电子穿过空间时，由于电性吸引或排斥，其他的带电粒子能够感应到它。因为这一效应受到光速的限制，其他粒子实际上是对电子过去的位置而非真实的位置作出反应。

6、光子容易产生，也容易消灭。

光子不像一般的物质，所有东西都能够产生或消灭光子。假如你在电脑上看这篇文章，屏幕的背光正在产生向你眼睛飞来的光子，它们到达后眼球便被吸收，也就被消灭了。

电子的运动能够产生或者消灭光子，这也是大量光线产生和吸收的原因。电子在强磁场中的加速运动会产生光子。类似地，当一个合适波长的光子撞击一个原子时，它会消失，并且将自己所有的能量都用于把原子核外围的电子踢到新的能级上。而当这个电子落回原来的位置时，一个新的光子便产生并被释放出来。光子的吸收和发射使得每一种原子或分子具有独一无二的光谱，这是化学家、物理学家和天文学家用来辨别化学物质的主要方式。

7、当物质和反物质湮灭时，光是这一过程的副产品。

一个电子和一个正电子拥有同样的质量，但是它们的量子性质（比如电荷）是相反的。当它们相遇时，电荷相互抵消，电子的质量被转换成能量，并以一对伽马射线光子的形式释放。

8、光子碰撞可以产生粒子。

光子的反粒子是它们自己，而支配光子的物理定律是关于时间对称的。这意味着，如果我们可以通过电子和正电子的碰撞来得到两个伽马射线光子，我们也应该能够通过两个能量合适的光子的碰撞来得到一个电子-正电子对。