完整定义光的性质非常复杂,实际上几次诺贝尔奖都颁给了给出我们今天常用定义的人。在此我们用一个能够概括适用的摄影技术的定义来简化我们的探讨,如果你读完这部分之后仍旧觉得好奇,请参阅基础物理课本。

光是一种能量,称为电磁辐射。电磁辐射在微小的、称为“光子”的“束”中穿过空间。光子是纯能量没有重量。在一个体积第2章光:摄影的原料和大象一样的盒子里,即使装满光子也不会有重量。

光子的能量在其周围产生电磁场。电磁场是看不到的,除非在场内放置一个能够对其施加力量的物休才能够检测到电磁场的存在。这些听起来有些神奇,直到我们意识到一个普通的磁场就是一块普通磁铁周边的磁场,除非我们把一个钉子放在离磁铁足够近的地方,对其产生吸引力,否则我们不知道磁场存在与否。随后,磁场的作用变得明显了,钉子跳起来粘到了磁铁上。和磁铁周围的磁场不同,光子周围的电磁场的力量并不是常量,而是随着光子移动而波动。如果我们在力场能够看到这种变化,那么变化

应如图2-1所示。

2.1光的定义

图2-1 在光子穿行时,光子磁场从最大正值波动到最 大负值。电场的作用完全相同,但与磁场相位相异,一个场 在最大值时,另一个场正处于最小强度

注意,场强从零到最大正数值随后又回到零,然后又在负数方向重复刚才的模式。这就是光线周围的场不会像磁铁那样吸引金属的原因。光子周围的场半时间是正的,另半时间是负的。两种状态的平均值为零。

从术语表述的含义可以得知,电磁场有电元件,也有磁元件。各成分都具有相同的波动形式,即零到正,到零,到负,重新归零。电力线与磁力线垂直,我们用图2-1表示,那么两者的关系就更加直观了。你把书转过来,让本页的底边对着你,这个图就代表电场。不论磁力线或电力线的强度在最大值时,另外一条线正在最小值上,因此整个场强总是保持常量。

光子以相同的速度穿过空间,但有些光子的电磁场波动会比其他光子的电磁场更快。光子的能量越多,波动就会越快。肉眼能够看到光子能级和磁场波动率的差别效果,我们称这种效果为色彩(如图2-2所示)。例如红色光的能量就比蓝色光要少,因此红色光电磁场波动率只有蓝色光的2/3。

■红色光频率■蓝色光频率

我们称电磁场的波动率为频率,以赫兹(Hz)为单位来衡量,为了方便计数,有时也使用兆赫(MHz)作为单位,1MHz:10000000Hz)。赫兹是每秒钟在空间中通过一个点的完整波长数量。可见光频率只是许多电磁频率以外的一窄范围。

电磁辐射可以穿过真空空间,也可以穿过许多物质形式。例如,我们知道光可以穿过透明的玻璃杯。电磁辐射与机械传送的能量没有紧密的联系,例如声音和热量只能穿过物质。红外辐射与热量经常被混淆,因为两者总是相伴出现。太阳光照射到地球,没有通过任何光纤线就实现了。

与肉眼识别相比,先进的相机对更大范围的电磁频率更为敏感(如图2-3所示)。这就是为什么照片能够以紫外线分解,我们的肉眼却不能看到这种情况,而且胶片能够通过X光分解,但我们在机场看不到任何一架飞机发出这种光。

2.1光的定义