趣味物理学-第15章
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的、鲜蓝色的、绿色的、紫色的、红色的、白色的以及许多别的颜色的。
在一个有太阳的早晨，我把这些布片都放到雪上。几小时以后，受热最多
的那块黑布深深地陷到雪里去，甚至陷到太阳光已经射不到那样深；暗蓝
色那块也陷到雪里，差不多跟黑色的相同；鲜蓝色的陷进的少得多；其余
各块布片，颜色越鲜明的陷下得就越少。至于白色那一块，仍旧留在原来
的雪面上，根本没有陷下去。
对于这件事情，富兰克林感叹地接下去说：
一个理论，假如不可能从它那里得到一些好处的话，那么这个理论还
有什么意义呢？难道我们不能够从这个实验得出结论说，在热天穿黑色的
衣服不如穿白色合宜，因为黑衣服在日光底下会使我们的身体受到比较多
的热，如果再加上我们自己的活动，也会生出热来，会使得我们身体觉得
太热吗？难道男女在夏天戴的帽子不应该用白颜色，以免太热了会引起中
暑？。。还有，涂黑了的墙壁难道不能够在整个白天里吸收足够的太阳
热，以便在夜里仍旧保有某种程度的热量，保护水果不会冻坏吗？难道细
心的观察的人不能够发现别的多多少少有价值的小问题吗？
这些结论和应用有什么意义，可以从1903 年“高斯”号轮船到南极
去探险的实际例子里找到答案。这艘轮船冻结在冰里了，一切用来帮助它
解脱这个困难处境的方法都没有用。人们用了炸药和锯子，但是也只能够
打开几百立方米的冰。那船却仍旧不能够恢复自由。后来人们只好试一试
请太阳光来帮忙：人们用黑灰和煤屑在冰面上铺了2 公里长10 米阔的一
大片，从轮船边上铺起，一直铺到冰的最近一条宽裂缝上。那时候正好是
南极的夏天，连续许多天都是好天气——于是，太阳光竟做了炸药和锯子
所做不到的工作。冰逐渐熔解开来，沿着黑色的那一带破裂了，这艘轮船
就此脱离了冰的羁绊。
关于海市蜃楼的新旧材料
大家一定都知道海市蜃楼这个现象的发生原因。在沙漠里沙地受到炎
热太阳的晒炙，接近沙面的热空气层比上层空气的密度小，这就使它有了
跟镜子一样的作用。从很远的物体射来的倾斜光线，在射到这些空气层之
后，会把行进的路线曲折起来，使得它射到地面以后会再从地面折射向
上，射到观察的人的眼里，就好象用极大的入射角从镜面反射出来的情形
一般。观察的人因此就好象看到在他面前的沙漠里展开了一片水面，反映
着岸边的景物。
说得更正确些，我们应该说靠近炙热沙面的热空气层，反射光线的情
形不是象镜子，而是更象从水底望去的水面。在这里，产生的不是普通的
反射，而是物理学上叫做“全反射”的那种。要得到全反射，应该使光线
极斜地射进这层空气层——要比图107 所画的斜得多；否则入射角就不会
超过“临界角”，因此就不可能得到全反射。
顺便让我们提出这个理论里容易使人误会的一点：照方才所说的那个
解释，密度比较大的空气层应该在密度比较小的空气层之上。但是我们同
时知道，密度比较大的也就是比较重的空气总要向下落，把它底下密度比
较小的空气挤到上面去。那么，又怎么能够使密度比较大的空气层留在上
面，来造成海市蜃楼的现象呢？
答案非常简单，我们要密度比较大的空气层在上面，虽然在稳定的空
气里是不会有的，但是在流动的空气里却是可能的。给地面炙热的空气固
然不会停留在地面上，它要不断地向上升起，但是立刻就有一层空气来补
空，这一层空气接着也受到炙热，就又变成了热空气。这样不断的替换着，
在炙热的沙面上就总会有一层密度比较小的空气层，——虽然不是老是那
一层，但是这对于光线的行进是无所谓的。
我们方才谈的这种海市蜃楼，人们很早就已经知道了。这种海市蜃楼
在现代的气象学上叫做“下现蜃景”（另外还有“上现蜃景”是由上层空
气稀薄发生反射作用造成的）。许多人认为这种古人早已知道的海市蜃楼
只能够在南方沙漠里的炎热空气里出现，在北方是绝对不会有的。但是事
实上下现蜃景也时常会在我们这里发现。这种现象特别在夏天的柏油马路
上时常有发现，因为这些路面的颜色比较深，所以受到太阳光的强烈炙
热。这样一来，粗糙的路面看过去竟会象淋过水般的光滑，会反映出很远
的物体。这种“海市蜃楼”的光线行进路径象图108 所示。只要你能够留
心些，这种现象是时常可以看到的，并不象你想象的那样难得。
还有一种，是侧面的海市蜃楼就叫做“侧现蜃景”，这种海市蜃楼的
存在，一般人恐怕连想都没有想到。其实这就是竖直的墙壁给炙热以后的
反射现象。这个现象曾经有一位作家写出来过。这位作家在走近一个炮台
堡垒的时候，发现堡垒的混凝土墙壁突然亮了起来，跟镜子一样反映出四
周的景物、地面和天空。再走了几步，他又在堡垒的另外一堵墙壁上发现
了同样情形，就仿佛那灰色不平的墙壁突然变成了打磨得十分光滑似的。
原来那一天天气非常热，墙壁给炙得滚烫——这就是这个谜的解答。图
109 表示堡垒两堵墙壁（F 和F′）的位置和观察的人的位置（A 和A′）。
原来墙壁给太阳炙得相当热，也会使你看到海市蜃楼的。这个现象并且能
够用照相机拍摄出来。
图110 表示堡垒的墙壁F，起先是粗糙不平的（左），后来亮了起来
（右），就象镜子一样（这是从A 点拍摄的）。左面的照片上是一堵普通
的灰色混凝土墙壁，那里自然没有反射现象发生，不可能把附近的两个人
形反映出来。右面那幅照片呢，表示的仍旧是方才那堵墙壁，只是它的大
部分已经起了镜面的作用，因此立得比较近的那一个人在墙壁上就反映出
他的像来了。当然，反射光线的并不是墙壁本身，而只是贴近它的炙热的
空气层。
在夏天极热的日子，你不妨时常去留意大建筑物的给炙得很热的墙
壁，看看有没有这种海市蜃楼发生。无疑的，如果经常这样留心去观察，
发现这种海市蜃楼的机会是一定会很多的。
“绿光”
你曾在海面上观察过日落吗？无疑的，你一定观察过。那么，你可曾
一直观察到太阳的上缘跟水平面相平、然后完全消失为止吗？我想也一定
观察过的。可是，假如你观察的时侯，万里无云，天空完全明朗，你可曾
发现当太阳投出最后一道光线那一瞬间所发生的现象吗？恐怕就不一定
了。但是我劝你不要失去机会去做这样的观察：在那一瞬间，投进你眼帘
的，会不是红色的光线，而是绿色的，鲜艳的绿色的光线，这个颜色的漂
亮，甚至于随便哪一个画家也不可能在他的调色板上调出，就是大自然自
己也不可能在别的地方象植物或者最清澈的海水那里调出这样漂亮的颜
色。
一份英国报纸上刊出的这节短文，引起了儒勒·凡尔纳写的《绿光》
那部小说里的年青女主角的极大兴致，她开始到处旅行，目的只有一个—
—亲眼看到这种绿光。根据小说家的叙述，这位年青的苏格兰女旅行家并
没有达到她的目的，没有看到大自然的这个美景。但是这个现象却确实是
有的。关于绿光，虽然常常带着许多传说般的说法，但是这个现象的本身
倒并不是一个传说。每一位爱好大自然的人，只要他有耐心去寻找，能够
看到这个现象，就一定会称赞这个景色的美丽的。
为什么会有绿光出现呢？
对于这个问题，只要你想起当我们通过三棱镜看物体时候所看到的情
形，你就会明白了。请你先做一个实验：拿一个三棱镜平放在眼前，底面
朝下，然后通过它去观察钉在墙壁上的一张白纸。你就会发现，首先是这
张纸显然比原来的位置升高了，其次，纸的上面一边会显出紫色，下面一
边却显出黄红色。纸升高是由于光线屈折的作用，纸边有颜色是由于玻璃
的色散作用，就是因为玻璃对于不同颜色的光线有不同的折射率。紫色和
蓝色的光线要比别种颜色的光线折射得更厉害，因此我们在纸的上面一边
看到了紫蓝色；红色的光线折射得最差，因此在纸的下面一边看到了红
色。
为了使下面的解释容易明白，在这个颜色边的问题上我们还得多说几
句。三棱镜把从白纸反射过来的白光分散成光谱上所有的颜色，造成了那
张纸的许多有颜色的像，依颜色的折射率大小的次序排列在一起，而且互
相重迭。在所有颜色都重迭在一起的中间部分，我们的眼睛看过去是白色
的（光谱颜色的总和），但是上下边上却露出没有别的颜色重迭上去的单
纯的颜色。著名的诗人歌德也曾经做过这个实验，他可没有明白它的道
理，认为他已经发现牛顿关于颜色的理论不正确，就写了一篇《论颜色的
科学》，这篇文字几乎全部建立在颠倒是非的说法上的。我想我们的读者
一定不会重蹈歌德的覆辙，并且不会希望棱镜会增添物体的颜色。
地面大气对于我们的眼睛就仿佛是一个底面朝下的很大的三棱镜。我
们望向已经落到地平线上的太阳，就是通过这个空气三棱镜在观察它的。
因此太阳圆面的上面边缘就显出蓝绿色，下面边缘却显出黄红色。当太阳
的位置还高出地平线的时候，因为圆面中央的耀眼的光线压倒了边缘的光
度比较弱的各种颜色的光线，因此我们根本看不到这种颜色；但是在日出
日落的时候，那时整个太阳圆面都隐藏在地平线以下，因此我们能够看到
上面边缘的蓝色。这个边缘实际上是两重颜色的，上面是一条蓝色带，下
面是蓝绿两种光线混合成的天蓝色。因此，假如接近地平线的空气完全洁
净透明的话，我们就能够看见那蓝色的边缘——“蓝光”。但是这蓝光时
常会给大气散射了，就只剩下一道绿色的边缘，这就是“绿光”现象。不
过，因为地面上的大气在大部分的情形是浑浊不清的，那时候会把蓝绿两
种光线全部散射了，那我们就不可能发现什么颜色的边缘，而太阳也就象
一个火红色圆球般落下山去了。
普尔柯夫天文台的天文学家季霍夫曾经做过一次“绿光”的专门研
究，他告诉我们可以看见这个现象的许多征兆。“太阳下山的时候如果有
红颜色，而且用普通肉眼去望也不觉得刺眼，就可以肯定地说，绿光是不
可能看见的。”这理由是很清楚的：太阳的红颜色表示在大气作用下蓝绿
光线的散失，也就是表示太阳圆面上部边缘的颜色完全散失。这位天文学
家继续说道：“反过来说，假如太阳在下山的时候并没有显著改变它原来
的黄白色，而且非常刺眼，那就可以相当有把握地希望绿光的出现。但这
儿还得有一个条件，就是，地平线看过去一定要十分清楚，没有什么不平
的地方，附近没有树林、建筑物等等。这些条件只有在海洋上容易得到；
所以海员对绿光往往很熟悉。”
这样看来，如果想看到太阳的“绿光”，一定要在天空非常洁净的时
候观察日出或日落。南方的国家，地平线上的天空要比较清澈，因此“绿
光”现象在南方也就可以有比较多的观察机会。但是，“绿光”现象在我
们这里，也并不象一般人受了儒勒·凡尔纳的影响以后所想象的那样难得
看到。只要你坚持有恒地去寻求，迟早一定会看到的。甚至有人用望远镜
也望到过这个美丽的现象。两位阿尔萨斯的天文学家对于这种观察有过这
样的记述：
。。在太阳完全落下去的前一分钟，当太阳的很大一部分还可以看得
见的时候，那轮轮廓显明的、在波浪似地动着的太阳圆面，围上了一圈绿
色的镶边。这个绿色镶边在太阳还没有完全落下之前，肉眼是不可能望见
的。只有当太阳完全消失在地平线下之后，才能够看得到。假如我们用相
当高倍数（大约一百倍）的望远镜望去，就可以仔细看到这一切现象：这
绿色的镶边最迟在日落前10 分钟就可以望见；它围着太阳圆面的上部，
但同时在圆面的下部却可以望到一道红色的镶边。这道绿色镶边起初很狭
（视角一共只有几秒），以后太阳逐步低落，镶边就逐渐加阔，有时候会
增加到视角半分之多。在这绿色的镶边之上，时常会看到也是绿色的凸出
部分，这些凸出部分随着太阳的逐渐消失，仿佛沿着它的边缘滑到最高
点；有时候它们甚至脱离了镶边，继续发光几秒钟以后才熄灭。
“绿光”现象一般只延续一二秒钟。但是在特殊情形下，这个延续时
间可以显著地加长。譬如说，就曾经有过这样情形，有人看到5 分钟以上
的“绿光”。太阳在很远的山后落下，一位快步行进的人看到了太阳圆面
上的绿色镶边仿佛沿着山坡滑落。
在日出的时候，当太阳的上面边缘开始从地平线下面露出的时候，观
察“绿光”也是很有意思的事情。这个事实可以证明许多人的一种论断不
正确，他们一向认为“绿光”只是眼睛受到日落以前太阳光芒的刺激所发
生的光学上的错觉。
太阳并不是能够发“绿光”的唯一天体。有人发现金星在落下的时候
发出绿光的现象。
第九章一只眼睛和两只
眼睛的视觉
在没有照相术的时侯
照相术在我们的日常生活里早已成了一个最平常的东西，因此我们根
本没法想象我们的祖先们，即使是离开我们并不久的祖先们，是怎样在没
有这个东西的条件下面生活的。狄根斯在《匹克威克外传》里写了一个故
事，说明一百年前英国某一个国家机关画一个人的容貌时候的滑稽情形。
事情发生在匹克威克被送进的那所债务监狱里。
通知匹克威克先生说，他要留在这里，等懂这种窍门的人们所谓“坐
着让人画像”的仪式完成。
“坐着让人画我的画像！”匹克威克先生说。
“把你的肖像画下来啊，先生，”胖狱卒说。“我们这里都是画像的
能手，这一点你应该早就知道。不一会儿就画好的，而且都很象。请进来
吧，先生，不要拘束。”
匹克威克先生同意了这个邀请，坐下来；那时侯站在椅子背后的山姆
①对他耳语说，所谓坐着画像，在这里应当了解它的譬喻的意义：
“这是说，先生，那狱卒要仔细察看你的面貌，以便把你跟别的犯人
辨别清楚。”
好戏开场了。那个肥胖的狱卒随意望了望匹克威克先生。另外一个狱
卒坐到这个新来的犯人面前，全神贯注地注视着。第三个狱卒还一直跑到
匹克威克的鼻尖前面，聚精会神地一一研究匹克威克的特征。
最后，肖像画好了，匹克威克先生接到通知说，现在他可以进监狱了。
更早以前，这种“像”是用各部特征的“清单”代替的。你记得普希
金的《波里斯·戈都诺夫》里，在沙皇的命令里提到葛里戈里，说“他身
材矮小，胸脯宽阔，两手略有长短，蓝眼红发，颊额各有一痣”。现在呢，
只要附一张照片，就一切都解决了。
很多人还不知道应该怎样看照片
照相术还在前一世纪四十年代就渗进我们的生活里来，虽然当时还只
是用金属板来拍摄的（所谓银板照相法）。这种拍照方法的最大缺点在�
