科学百科77期丨为什么红光棱镜，和通过衍射光栅时变化有差别？

本期为大家带来：

《你知道吗——现代科学中的100个问题》

本书是阿西莫夫的优秀作品之一。

作者以通俗的语言，深入浅出地解释了现代科学中的一百个尖端课题。

其中，有些是了解现代科学技术所必须具备的基础知识，如科学的研究方法、二进制数、相对论、亚原子粒子、核聚变、熵、晶体、病毒等。有些则是当代科学技术的前沿阵地，如黑洞、统一场论、夸克、快子、金属氢等。

作者对这些问题的来龙去脉，它们目前处在什么样的状态、有没有希望得到解决等问题均作了回答。

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第七十七个问题：

红光通过棱镜时的变化最小，

而在通过衍射光栅时变化最大，

为什么会有这种差别？

光可以看作是一种波动，普通的太阳光则是几种不同波长的波的集合。不同波长的光在我们的视网膜上产生不同的效应，正是这些效应给我们以颜色的感觉。在可见光中，红光的波长最长，其次是橙光、黄光、绿光、蓝光，最后是波长最短的紫光。

当光离开空气进入玻璃、水或其他透明介质时，它的速度就减慢。如果一道光束从右面以倾斜的角度投在一块玻璃上，那么，最先射在玻璃上的光束的右侧就会先减慢速度。有那么一瞬间，光束的右侧缓慢地运动，而左侧则继续以全速前进，结果，当光束进入玻璃时就会改变方向，这就是“折射”。

如果一队士兵从一条平坦的公路斜着向犁过的田地行进，就会发生同样的情况。队列中靠近田地那一侧的士兵会先到达地里，并且先减慢速度。除非有意识地去防止这种情况，否则这个队列在进入地里时就会改变方向。

地里的减速效应，是由于难以从松土中拔出腿来的缘故。一旦拔出腿来，在地上空气中挥腿的速度就像在公路上一样快了。这就意味着，一个长腿士兵，由于他跨的步子比短腿士兵的要长些，在给定的距离内与地面接触的次数要少些，因此减速也就少些。一列长腿士兵行进方向的改变要比一列短腿士兵少一些。

在这方面，长波红光类似于长腿士兵，它的减速小于其他任何一种可见光。因此，它的折射最小。紫光当然折射最大。

衍射则涉及完全不同的原理。一种波动能够自由绕过尺寸不大于这种波的一个波长的障碍物继续前进。障碍物越大，波就越难绕过它。

光的波长非常短（约为1/125,000厘米），因此，光不能明显地弯曲绕过普通的障碍物，而只能沿直线从它们旁边经过，并产生清晰的阴影。声波要长得多，它的本质与光波完全不同。这就是为什么你绕过拐角也能听到声音，但不能绕过拐角看见东西——至少不用镜子是看不见它的。

衍射光栅是由许多极细的暗线条彼此平行地刻划在透明底板上所组成；这种暗线条非常细，因此，甚至很短的光波在它们附近通过透明区时，也能少量地绕过它们。这就是“衍射”。

很清楚，光的波长越长，暗线的阻碍作用就越小，光也越能绕过它们。长波的红光最能绕过暗线，因此衍射最大。紫光的衍射当然最小。

折射棱镜和衍射光栅都会产生“彩虹”或光谱。然而，折射光谱同衍射光谱相反。从光原来的方向线依次向外看，折射光谱是：红、橙、黄、绿、蓝、紫。衍射光谱是：紫、蓝、绿、黄、橙、红。