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看不見的光:從紅外線到X光,電磁波發現趣史(簡體書)
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看不見的光:從紅外線到X光,電磁波發現趣史(簡體書)

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商品簡介
作者簡介
名人/編輯推薦
目次
書摘/試閱

商品簡介

19世紀,人類剛剛學會利用電磁波,而現在電磁波已經塑造了人們的生活方式。你將通過這本書了解”不可見光“的發現趣史。書中收錄了各種電磁波被發現的經過。你將從中認識很多性格各異的科學家,聽到很多有趣的科學故事,也將了解這些“看不見的光”能為人類帶來什麼便利,又隱藏著什麼危險。
風趣的作者將帶領你認識微波爐的微波、手機的信號這些日常生活中不可或缺的電磁波,也會跟你聊一聊神秘的伽馬射線、紫外線、射頻射線、宇宙射線……如果你對電磁波感到好奇,如果你關心“手機輻射會不會致癌”“怎樣針對太陽光的不同成分防曬”等問題,那麼這本書就是你要找的。

作者簡介

鮑勃·伯曼,美國著名天文學作家, 曾為《發現》雜志廣受歡迎的專欄《守夜人》撰稿17年。目前他是天文學方面的專欄作家,美國東北公共電臺周播節目《奇妙的宇宙》的主持人,以及《老農年鑒》的天文編輯。他的代表作有《疾馳的世界》和《太陽的心跳》(The Sun)。目前他生活在紐約。

名人/編輯推薦

★ 跨越200年的科學史故事,呈現電磁波發現背後不為人知的一面。詳細講解何時、是誰、如何發現了紅外線、紫外線、微波、無線電、宇宙射線等多種電磁波,它們的發現如何改變了人類社會的方方面面。
★ 涵蓋和身邊生活緊密相關的科學知識,你會明白它們到底有什麼益處和害處。電磁波有加熱、消毒、通信等很多用途,但手機輻射會不會致癌?夏天防曬防的是什麼光?X射線和CT有什麼區別?微波爐會不會爆炸?書中詳細介紹了不同的電磁波都有什麼性質,可以如何應用,會有什麼風險。
★ 語言幽默,閱讀輕松。作者語言幽默,講解清晰易懂,可讀性強。全書26章,每章提取出來都是一篇有趣、有營養的科學小品。

引言

它無處不在。
此時此刻,當你坐下來靜靜閱讀這本書的時候,它就在你的四面八方。你工作時,它來自電子設備;你出門吃午飯,它來自一路灑下的陽光。平時,它在你的身邊極為稀疏地存在著,然而,當你去醫院看病,當你通過機場安檢,當你駕車穿過城市街道,接觸它的機會又會增添。你看不見,聽不到,聞不著,也感覺不出它的存在,但它卻無時無刻不在你身體中來去穿梭,一旦過量就會對你的生命造成威脅,然而缺少了它,你連一年也活不下去。
“ 不可見光” 這種說法就是一個悖論, 就像西蒙和加芬克爾(Simon&Garfunkel)的歌《寂靜之聲》(The Sound of Silence)一樣,屬於矛盾修辭法。從定義上講,我們認為光能照亮黑暗,是一種能看見的物質。人類和狗不同,狗狗通過嗅覺來“了解”事物,而我們人類更多依賴視覺,憑借光來感知周圍的環境。
但是,正如有些頻率的聲音只有動物能聽到,而人類聽不見,在我們的視野之外,也存在一個豐富多彩的光之世界。雖然我們很少想到這個看不見的世界,但是它與我們的生活密切相關。多虧了不可見光,我們才能發短信,靠GPS找到去朋友家的路,收聽廣播,用微波爐加熱冷凍的比薩。在不可見光的幫助下,我們看到了以往從未見過的事物,從骨骼到大腦,甚至還有宇宙的歷史。
記得姐姐曾經帶著姐夫和外甥女來我家做客,正是那次經歷讓我深深體會到,我們對不可見光有多麼依賴,它對我們來說又是多麼神秘。那是一個慵懶的夏日午後,我們在沙發上休息,分享爆米花。外甥女在戶外待了一天,肩膀曬得發紅,她的媽媽責備她不塗防曬霜,而她一邊用手機聊天,一邊向媽媽做出下不為例的手勢。與此同時,姐夫問我對他剛剛讀過的那篇文章有什麼看法,文章裡提到,由於擔心對人體有害,有學校禁止使用Wi-Fi。我們依賴不可見光(我們要用微波爐加熱爆米花,也要使用手機),同時又擔心它傷害我們(我們擔心自己被曬傷,也常聽到關於Wi-Fi 危害的神秘傳言),我們也不懂得如何保護自己。
不可見光就在我們周圍,我們明明離不開它,卻又無法心安理得地生活在其中。部分原因在於,我們對未知事物心懷恐懼。畢竟,大多數人對一切看不見的光都所知甚少。我寫這本書的初衷就是希望改變這一點。
我想揭開光譜背後的真相,讓大家真正“看清楚”這些生動的,至少暫時不可見的光。很快你就會了解到,從γ射線到紫外線再到紅外線,每一種不可見光都有自己與眾不同的一面,正如紅光和藍光各有各的特點。我們還會認識一些神奇的光,它們有的可以穿透固態物體而不被反射,有的可以讓水加熱至沸騰,有的來自外太空,只有宇航員才能接觸得到,有一些不可見光甚至在宇宙誕生之初就已存在。你可能會驚訝地發現,人類早就與不可見光結下了不解之緣。泰坦尼克號的悲劇發生時,正是不可見光幫助我們挽救了許多生命。它們還能夠預測日常的天氣變化。但是,有一些不可見光會對人體產生突然而又致命的損傷。本書的探索之旅分為兩個重要的部分。在一部分章節中,我們追溯歷史,去認識一些最早“看到”不可見光的科學先驅。18 世紀時人們才意識到,世上可能存在人眼無法分辨的“光”,然而直到19 世紀,不可見光的存在才得到證明。但是,一旦打開通往這個新世界的大門,各種不可見光便紛至沓來,如今它們中有很多已經成為我們生活中不可或缺的部分,很多我們以為天經地義的事,都要靠它們發揮作用。
從口袋裡的手機到車載收音機,不可見光為我們提供了近乎神奇的便利,所以在另一部分章節中,我們將研究這些“幽靈”如何影響我們的生活和健康,不可見光在21 世紀的醫療、技術和文化方面,又將發揮怎樣的作用,它們還會面臨哪些新的挑戰。
那個夏天的午後,圍坐在客廳裡的我的家人談到不可見光對健康的影響,心中充滿疑慮,也許你也一樣。手機發出的微波對大腦有什麼危害嗎?什麼是輻射?我們周圍到底有多少輻射?哪種不可見光每年導致的死亡人數最多?哪些食物具有放射性?別著急,我會在書裡為你一一解答,澄清各種有爭議的問題。這些知識,有的會令你寬慰(紫外線可以降低患癌風險),而有的會令你咋舌(一次全身CT掃描的輻射量比廣島核爆中心1.6 千米以外幸存者承受的輻射量還要多),但是無論如何,具體情況要具體分析。不可見光的神秘面紗即將被揭開,各種各樣令人大跌眼鏡的事實正在向你走來。

目次

引言
第1章 了不起的光
第2章 看得見的和看不見的
第3章 天王星與紅外線
第4章 熱射線
第5章 化學射線
第6章 紫外線的危害
第7章 晝夜交替
第8章 激情燃燒的太陽
第9章 徒勞無功
第10章 用武之地
第11章 消滅時空的速度
第12章 無處不在的微波
第13章 神秘之光
第14章 世界的倫琴射線
第15章 什麼是輻射?
第16章 原子四重奏
第17章 γ射線:最強之光
第18章 手機輻射
第19章 宇宙射線
第20章 宇宙誕生之光
第21章 腦電波
第22章 射線槍
第23章 下一個前沿:零點能和暗能量
第24章 日全食:離開陽光的日子
第25章 外星人的電話號碼是多少
第26章 光的未來光明嗎

書摘/試閱

第3章 天王星與紅外線
在我們所處的時代,新的發現層出不窮。從磁星(具有強磁場的特殊中子星)到嗜極生物(例如在近乎致命的溫度下生存的生物),這一時代的科學發現可真令人驚訝。我們也習慣了為科學日新月異的發展而贊嘆。
因此,我們很難想象1781年3月,一個發現竟然震驚了全世界。一位默默無聞的天文愛好者推翻了當時最偉大的思想,一舉成名。這個在當時家喻戶曉的人物到底是誰呢?你可能從未聽說過他。的確,人類歷史上的偉人通常是那些敢於挑戰未知的人,他們的發現意義深遠或者超前於他們所處的時代。薩摩斯的阿利斯塔克(Aristarchus),首次提出地球繞著太陽轉;艾薩克·牛頓解釋了運動定律;阿爾伯特·愛因斯坦揭示了時空會扭曲和收縮,說明宇宙沒有固定的大小。
在這些卓越的人物中,我們必須要說一說威廉·赫歇爾(William Herschel)。1738年11月15日,他出生於德國漢諾威。或許他沒有前面提到的那幾位先驅才華出眾,但是憑借堅忍不拔的努力,他像獵犬一樣不懈地追隨科學的氣息,終於有了兩項驚天的科學發現,而且都是歪打正著。
早期的生活對赫歇爾後來的事業沒有起到半點作用。他不是貴族出身,父親在軍隊裡吹雙簧管,他只是家中十個孩子之一。赫歇爾子承父業,在漢諾威護衛隊裡吹奏雙簧管,年輕的他在音樂方面嶄露頭角,看樣子很可能會把作曲作為畢生的事業。
18 歲那年,他第一次來到英國,這裡令他印象非常深刻。他下定決心移民,並在第二年就搬到了英國。在當今社會,追求音樂的人搬到一個陌生的環境尋找出路就像嬉皮士在做白日夢,但在當時這可是非常流行的做法。在18 世紀中晚期,音樂方面的機會就數英國最多,莫扎特、海頓、亨德爾以及成千上萬不知名的音樂家都被這個國度深深吸引,因此這裡的競爭十分激烈。在那個不知復印機為何物的時代,赫歇爾靠抄寫樂譜勉強維持生活。他的職業生涯慢慢地走上了正軌,能靠教學和作曲養家糊口了。1766 年,他在著名的溫泉城巴斯的一座豪華小教堂裡得到了一份彈風琴的工作。赫歇爾不僅在演奏雙簧管和風琴方面技藝高超,而且還擅長演奏小提琴和大鍵琴。他創作了24 部交響樂和多部協奏曲,作品數量可觀,即便是現在,它們仍被當作治癒失眠的良方。
然而,他對科學知識的興趣遠遠超過了對音樂的喜愛。有一天,他閱讀了羅伯特·史密斯(Robert Smith)的《完整的光學系統》(A Compleat System ofOpticks),掌握了制作望遠鏡的技術,從此他的人生發生了巨大的改變。強烈的好奇心驅使年輕的赫歇爾並不僅僅觀察和描繪月球、行星,模仿當時的天文學家。最初吸引他的是遍布夜空的模糊星云。人們通常以為那是發光的流體,它們背後的神秘世界就連月球上的山脈和隕石坑都無法比擬。那隱隱約約的一大片東西究竟是什麼?它們的光太過微弱,必須使用比當時最大的望遠鏡還要大的設備才能看得清楚,這是因為望遠鏡呈現圖像的亮度和清晰度與其主透鏡的直徑成正比。和現在一樣,當時人們面臨的最大的問題是,大型望遠鏡的價格都貴得離譜,而且大多質量不高。
如果想用足夠大的鏡片近距離觀察星云,赫歇爾就只能親自動手制作。那個時代還沒有專門的鏡片玻璃,赫歇爾便在地下室熔融金屬,將銅、錫和銻混合在一起做成圓盤狀的坯料,再磨制成鏡片。雖然第一個鏡片在冷卻時碎裂,淪為了價格不菲的鎮紙,但最終他還是成功地制造出了巨大的鏡片,它的直徑差不多有60 厘米,聚光性也比當時最常見的15 ~ 20 厘米的鏡片強很多。不僅如此,這些鏡片的拋物曲面外形非常精確、考究,質量極高,不論是用它們觀察遙遠的恒星、行星還是星系發出的光,都能獲得理想的聚焦效果。赫歇爾自制設備的性能甚至超過了著名的格林尼治皇家天文臺的望遠鏡。他還為自己制作了目鏡。
赫歇爾的哥哥亞歷山大(Alexander)和妹妹卡羅琳(Caroline)也參與了這項工作。在赫歇爾漫長的餘生中,卡羅琳一直都是他忠實的助手,並最終憑借自己的實力成為受人尊敬的科學家。這一家不同尋常的兄妹和他們無與倫比的巨大望遠鏡的故事慢慢地傳到了英國知識階層。赫歇爾利用這些望遠鏡展開了一生中最消耗精力的事業——觀察整個天空。這項工作結束後,他又制造了一臺更大的望遠鏡,並完成了對天體更周密、更詳盡的觀測。接著,1781 年3 月13 日,在第三次也是最全面的一次天體觀測過程中,他的觀察結果不但改變了自己的一生,還轟動了全世界。
赫歇爾發現了一顆綠色的“星星”,它不是一個小亮點,而是差不多有圓盤那麼大。起初,他推測那是一顆彗星。但事實證明它不是,因為它從來沒有形成過彗尾,也沒有彗星常見的極扁的橢圓形軌道。通過每晚觀察這個天體的緩慢運動,他很快意識到,這是一顆繞著太陽運動、周期為84 年的新行星。他曾試圖以英國國王喬治三世的名字將它命名為“喬治之星”,目的是引起國王的注意並討他的歡心。然而,其他科學家堅持要求按照傳統方法,用羅馬神話中神的名字來命名它。因此,這顆首個被人類通過真正意義上的科學探索發現的行星就叫作天王星。
整個世界都震驚了。我們最為熟悉的那五顆行星自史前就已為人們所知,《聖經》、《吠陀》(用古梵文撰寫的印度教聖書),以及古埃及的莎草紙都有記載,所以根本沒人想到,除了它們之外,宇宙中還存在其他行星。無論是先知、宗教聖書、偉大的思想家,還是尊貴的委員會和哲學流派,都沒有料到宇宙中可能存在因為光芒太過微弱而不易被觀察到的其他星球。另外,望遠鏡在當時已有170 餘年的歷史了,不計其數的天文學家將天空仔細地翻了個遍。宇宙中(除了地球)只有太陽、月亮,以及五顆行星——人們沒有絲毫理由去懷疑這件事,直到赫歇爾推翻了這個“事實”。這一發現令人震驚的程度就好比現代科學家突然宣布,控制我們思想的是大腳指甲而不是大腦,或者告訴我們月亮是空心的,上面還住著一群猴子。
實際上,裸眼隱約可以看到天王星。我在沒有任何光學輔助設備的情況下看到過它。不論用哪種望遠鏡觀察,那片綠色的世界都是如此耀眼、輝煌。為什麼人們沒能早點發現它呢?這個問題在知識分子當中引起了極大的恐慌,成為百年間人們討論的熱點。一夜之間,赫歇爾從一個業餘的望遠鏡制造者和不出眾的古典作曲家,變成了世界上最著名的科學家。英國皇家學會授予他科普利獎章(Copley Medal),在那個時代,這相當於他獲得了諾貝爾獎。剛剛失去美洲殖民地的喬治三世國王迫切需要一些威望,他對赫歇爾試圖將新行星命名為喬治的事樂不可支,並因此賞給他每年200 英鎊的津貼。
這樣一來,赫歇爾就可以把全部精力放在天文研究上了。在接下來的40 年裡,他兢兢業業,不辭辛苦,制造了更大的望遠鏡,並試圖解決棘手的星云問題:揭開星際之“云”的本來面目。用最先進的設備進行觀察後,他很快發現,大部分發光的斑點其實是多顆分離的行星,這使他錯誤地斷定星云的本質就是團聚的星辰。但是,不管他用多大的望遠鏡、多大的放大倍數去觀察,總有一些星云依舊無法看清楚。赫歇爾便認為它們一定非常龐大,距離我們非常遙遠。因此他得出結論,整個宇宙就是由這樣巨大的星團——恒星的都市——組成的,它們後來被稱為星系。

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