奇妙的光（簡體書）

盧紹康，著有《夜空黑暗之謎》(鳳凰出版傳媒集團江蘇科學技術出版社，2011年)。

1956—1962年，就讀于上海市天山中學，1962—1967年，就讀于華東師范大學物理系。

1968年，分配到河南焦作煤礦，做過一線煤礦工人，后調到礦工子弟中學教書，教學之余研究天文學。1977年，曾寫了一篇有關彗星的論文，并出席河南省第一屆科學大會。

1979年移居香港，主要從事電子和電器產品的設計開發工作，曾任高級工程師、總工程師、經理、高級經理等職，業余時間學習研究天文學、宇宙學和緩解全球變暖等問題。

香港學者盧紹康編著的《奇妙的光》涉及的范圍，涵蓋了上述光學的全部內容。此書與當前中學和大學的光學教科書有所不同——《奇妙的光》并不詳細講解光學的理論和實驗方法，而將側重點放在介紹科學家探索光的本質、認識光的規律的過程。為此，作者收集和發掘了很多不同歷史時期的科學家在探索光的奧妙的過程中表現出來的堅韌精神和動人的故事。閱讀這本書，讀者能體會到科學家在揭示光的客觀規律時的心路歷程，這將是一個饒有興趣的悅讀過程。

人類生活在“光”的世界里。很難想象，暗無天日，世界漆黑一片，人還能生存和繁衍嗎？對“光”的研究既是必然，又是必需。
光學是物理學的一個重要的分支。一般來說，光學分成幾何光學、物理光學和量子光學。
早在兩千多年之前，我國古代的先賢和古希臘的學者就觀察研究了可見光在傳遞過程中的反射和折射現象，探求其中的規律。于是，幾何光學是光學中最先形成的一個次分支學科。進入17世紀后，牛頓發現白光通過三棱鏡之后分解成七色光，為光譜分析學和天體物理學的發展奠定了基礎。自17世紀起，歐洲的科學家對于光是粒子還是波，展開了長達200多年的深入研究和熱烈探討，科學家們依據不同的學說對于光的干涉、衍射和偏振等等現象提出了種種解釋。這些研究和探討逐步加深了人們對于光的本質的認識，推動了物理光學的發展。人們終于認識到，光是電磁波，同時又具有波粒二象性。到了20世紀初，愛因斯坦天才的思想對于量子力學和現代量子光學的創立和發展起到了關鍵性的作用。當下，數不盡的現代光學的應用，進入了社會日常生活的所有領域。
香港學者盧紹康編著的《奇妙的光》涉及的范圍，涵蓋了上述光學的全部內容。此書與當前中學和大學的光學教科書有所不同——《奇妙的光》并不詳細講解光學的理論和實驗方法，而將側重點放在介紹科學家探索光的本質、認識光的規律的過程。為此，作者收集和發掘了很多不同歷史時期的科學家在探索光的奧妙的過程中表現出來的堅韌精神和動人的故事。閱讀這本書，讀者能體會到科學家在揭示光的客觀規律時的心路歷程，這將是一個饒有興趣的悅讀過程。
本人在國內外大學從事普通物理學和光學的教學已逾50年，也參加過大學物理學和光學教材的編寫，深知現有的教材在介紹相關科學家生平事跡方面的不足。因此，這本書可作為中學和大學的光學教學上的參考書，也可以作為中學生和大學生學習光學的補充讀物。
《奇妙的光》第一章講述了光對地球上生命的起源、人類文明社會的產生和進展所起到的重要作用。這是以往光學教學中忽視的內容。作者在本書一開頭就論述了這一主題，令人眼前一亮，從而被作者的敘述深深吸引。
《奇妙的光》的最后一章是作者的力作，也是此書最有價值之處。全球大氣變暖和人類對糧食需求的日益增加，是當下危及我們生存的兩大嚴峻問題。在這一章中，作者提出了一個利用太陽光來有效地緩解我們面臨的兩大危機的綜合方案。本人以專業物理學工作者的眼光，嚴肅地審視了這一方案后認為：作者提出的這一方案并不是想入非非、天方夜譚式的構想，而是在廣泛地收集資料的基礎上，結合我國當前的國情，提出的有充分科學依據的方案。當然，實施這一方案最終能取得多大效果，還需要大量實踐才會有比較明確的結論。無論如何，這一方案應該引起有關方面的重視，正如作者在書中所說的：當前要做的是建立若干個試點，在實踐中深入研究，不斷總結經驗和改進，并且逐漸完善，形成相關的法規，數年內培養出一大批專業人才，為在全國乃至全球范圍推廣這一方案打下基礎。 1962年，高校招生作過一次重大的改革，以考生的分數作為錄取的標準。盧紹康正是在那一年考入華東師范大學物理系的，我曾教過他三年普通物理學和光學。他愛好打羽毛球，下課后在宿舍前的路上，我常看到他跳躍揮拍的身影。有一件小事，使我對他的刻苦好學留下了較深的印象。那是1963年的一天晚上，我因準備一份報告工作到深夜。當我走出教研室時，學校已過了宿舍熄燈的時間，校園中空無一人，顯得格外寧靜。我赫然看到一個學生還在昏暗的路燈下看書。走近一看，是二年級(5)班的學生盧紹康，而令我感到意外的是，他全神貫注看的書是古希臘亞里士多德的《形而上學》，這與課堂教學毫無關系，而且與當時的“政治氣候”也格格不入。
1968年盧紹康畢業離校后，我們沒有聯系過。直到2011年10月16日，華東師范大學建校60周年校慶那天，我又見到了闊別43年的昔日學生盧紹康。那天，他送給學校60本他的天文學新作《夜空黑暗之謎》，同時也送了我一本。在和他交談時，我得知他已移居香港，主要從事電子和電器產品的設計開發，目前在某公司負責內部審核工作。這本書是他在工作之余抽時間寫成的。同屆的學生中，大部分已退休養老，盧紹康在工作之余寫出一本和工作完全無關的書，需要付出多么大的努力啊！接著盧紹康給我看了他的另一本即將完成的手稿《奇妙的光》。盧紹康請我寫此書的序言時，我欣然同意了。對于這樣一個一直孜孜不倦地學習和鉆研的學生的請求，我感到沒有任何理由拒絕他。我也為有盧紹康這樣的學生而感到驕傲。
《奇妙的光》是一本科普書籍，它深入淺出，圖文并茂地介紹了幾何光學、物理光學和量子光學的內容和很多科學家探索光的故事。《奇妙的光》還是一篇切合當前實際的科學論文，它提出了一個利用太陽光來緩解我們面臨的全球大氣變暖和糧食短缺兩大危機的綜合方案，希望有關方面關注這一方案并進行試點。
本人誠意向廣大讀者推薦這本著作。
是為序。

序言
前言
第一章 光造就了地球上的生命和文明
第一節 海水中引發的光合作用
第二節 臭氧層保護了陸地上的生物
第三節 火的利用促進了人類文明的進程
第四節 光使人類認識了所在的世界
第二章 古代和中世紀對光的探索
第一節 是光線還是視線
第二節 中國古代對鏡面反射的研究
第三節 中國古代對小孔成像的研究和應用
第四節 中世紀光學的發展
第三章 幾何光學的發展和應用
第一節 誰發明了眼鏡
第二節 帶我們進入微觀世界的顯微鏡
第三節 望遠鏡的發明和改進
第四節 幾何光學的發展
第四章 光的波動性和粒子性
第一節 光的粒子性
第二節 光的波動性
第三節 波動說和粒子說的爭論
第四節 波動光學的復興和確立
第五章 光是一種電磁波
第一節 法拉第和韋伯發現光和電磁有關
第二節 麥克斯韋預言光是一種電磁波
第三節 學術界懷疑麥克斯韋的電磁理論
第四節 赫茲使學術界接受了電磁理論
第六章 光的分解和光譜
第一節 牛頓的三棱鏡分光實驗
第二節 太陽光譜中的暗線
第三節 光譜化學分析法
第四節 現代天體光譜分析
第七章 光傳播的速度
第一節 光的傳播是否需要時間
第二節 天文觀察法測定光速
第三節 地面儀器測定光速
第四節 現代地面儀器測定光速
第八章 光的波粒二象性
第一節 光的波動學說的危機
第二節 光電效應要求理論上有所突破
第三節 量子概念的提出
第四節 愛因斯坦以光量子解釋光電效應-
第五節 光和物質的波粒二象性
第九章 光速不變與狹義相對論
第一節 尺縮效應和洛倫茲變換
第二節 狹義相對論的創立
第三節 質能轉換公式
第四節 三個與相對論有關的科學巨人
第十章 引力場對光的影響
第一節 廣義相對論的創立
第二節 光在引力場中會發生偏移
第三節 光在引力場中會發生引力紅移
第四節 相對論的意義
第十一章 激光及其廣泛的用途
第一節 激光研發的歷史
第二節 產生激光的原理
第三節 激光的特點
第四節 激光和光纖通信
第五節 激光的廣泛應用
第十二章 利用太陽光解決全球變暖之危機
第一節 全球變暖的狀況及危害
第二節 全球變暖的原因
第三節 二氧化碳的性質和應用
第四節 利用太陽光解決全球變暖之危機
第五節 利用太陽光緩解全球變暖及糧食短缺問題
附錄1 地質年代和生物的發展
附錄2 火災的分類
附錄3 一種燃煤發電廠廢氣處理二氧化碳分離和綜合利用裝置

第二節臭氧層保護了陸地上的生物
射到地球上的太陽光由紅外線、可見光和紫外線三部分組成。紅外線給我們帶來熱量，可見光帶給我們光明，同時可見光使植物的葉綠素發生光合作用，造成了一個生機勃勃的世界。
紫外線的波長為100—400納米(nm)，可將紫外線按波長的不同分成四個波段：真空紫外線、短波紫外線、中波紫外線和長波紫外線。不同波段的紫外線對人體和生物有不同的作用，真空紫外線(UVD)的波長為100—200nm。短波紫外線(UVC)的波長為200—280nm，能穿透生物的細胞膜，引起DNA鏈的斷裂，使細胞損害，生物細胞中的DNA和核蛋白吸收紫外線的峰值為254—257nm，正好在短波紫外線的波段內。中波紫外線(UVB)的波長為280—320nm，對人體皮膚有一定的生理作用，長時間的照射會引起皮膚紅腫、炎癥、水泡等癥狀，甚至會引起皮膚癌。長波紫外線(UVA)的波長為320-400nm，穿透性較強，會引起皮膚變黑。由此可見短波紫外線會嚴重損害人體和生物的生存，而長波紫外線對生物的損傷則很輕微。
要是太陽光的紫外線，特別是短波紫外線，毫無阻擋地射到地球，那么地面上的人和各種生物都無法生存。幸好地球的上空有一層臭氧層能夠吸收大部分的紫外線，特別是臭氧層能有效地吸收波長為300m以下的紫外線，包括了真空紫外線、短波紫外線全部波段和中波紫外線一半波段。這樣才使地面上的人和各種生物免遭紫外線的傷害，地球才成了各種生物生長繁衍的樂園。
臭氧層能有效地吸收紫外線，有趣的是地球的上空臭氧層的形成也是與紫外線的照射有著直接的關系。上一節提到大氣中的氧氣分子受到太陽光中紫外線的照射會分解成原子狀態，氧原子具有很強的氧化能力，能將一氧化碳氧化成二氧化碳；能與甲烷化學反應生成二氧化碳和水；能與氨氣化學反應生成氮氣和水。同樣，氧原子(O)在遇到氧氣分子(02)時也會和氧氣分子發生化學反應生成臭氧(03)。由于臭氧的密度比氧氣大，臭氧形成后就會慢慢下落。同時由于臭氧是一種不穩定的化合物，在臭氧下落的過程中，受到長波紫外線的照射，又會還原成氧氣分子并放出一個氧原子。這樣，在大氣層較高的位置氧氣分子和氧原子結合形成臭氧，在大氣層較低的位置臭氧又還原成氧氣分子和氧原子。久而久之，這種氧氣與臭氧在地球上空20一50千米高度的相互轉換達到了動態平衡，最后在離地面大約25—30千米的上平流層中臭氧含量最高，形成了富含臭氧的球層，稱為臭氧層。
地球上空的臭氧層是大氣中的氧氣達到一定濃度后受到紫外線的照射分解才形成的。在地球上空的臭氧層形成之前，紫外線能直接照射到地表和海面。由于海水有吸收紫外線的功能，對海水中的生物有保護作用，因此在海洋中首先出現藻類和各種無脊椎動物，而陸地上由于受到紫外線的直接照射，生物無法生存，要等到地球上空的臭氧層形成后才可能出現和發展。這是造成陸地上生物的出現和發展要比海水中遲得多的一個原因。
臭氧層不但能夠吸收大部分的紫外線，特別是短波紫外線，使地面上的人和各種生物免遭紫外線的傷害，同時由于在地球大氣層中的平流層形成了臭氧層，平流層高度的變化對于大氣的溫度結構、大氣循環、地球上氣候和氣溫的變化都產生直接或間接的影響。可見臭氧層不但保護了我們，而且與日常天氣的變化也息息相關。
第三節火的利用促進了
人類文明的進程
一個由全球47名科學家組成的考古團隊，經過17年的考古發掘和研究，于2009年10月1日宣布，在埃塞俄比亞境內發現了一個距今已有440萬年的女性原始人骨骼。科學家將其稱為阿爾迪。阿爾迪的第一塊骨骼于1992年出土，之后陸續出土了其他骨骼并基本上復原了她的整體特征，她生前的體重約為50公斤。阿爾迪比20世紀70年代也是在埃塞俄比亞境內發現的女性原始人露西還早100多萬年。這是迄今為止發現的年代最早的原始人骨骼。
這一發現使我們了解到大約在440萬年之前地球上已經出。現了原始人。原始人的生活非常艱難，最初靠吃樹葉、野果、野草維持生命，即使打獵殺死了一些飛禽走獸也只能是茹毛飲血，吃其生肉。這樣的食物既不衛生，又難以吞咽和不容易消化，使原始人的健康大受影響，因此原始人的壽命也不會太長。當太陽下山后，四周變成一片黑暗，原始人便處于各種蛇蟲猛獸的包圍之中。在這種弱肉強食的森林世界里，黑夜是危機四伏和恐怖的，原始人的生命分分秒秒都受到威脅。冬天來臨了，遠離赤道地區的樹林和原野都被白雪覆蓋，外界已很難找到食物，原始人在天暖時儲存下來的過冬食物，也許未到冬天已經腐爛了。或者儲存到冬天即使沒腐爛也凍得如石頭一樣堅硬難以進食。當然，寒冷的天氣也使原始人很難熬過冬天生存下來。難怪最早的原始人都是在靠近赤道熱帶的埃塞俄比亞境內發現的，以上這些也是原因吧。P6-9