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神奇的光波
神奇的光波
光是能量的一种传播方式。
光源之所以发出光,是因为光源中原子、分子的运动,主要有三种方式:
热运动、跃迁辐射(包括自发辐射和受激辐射),以及物质内部带电粒子加速运动时所产生的光辐射。
前者为生活中最常见的,第二种多用于激光、第三种是同步辐射光与切伦科夫辐射的产生原理。
光的微粒说
关于光的本性的一种学说。
17世纪曾为牛顿等所提倡。
这种学说认为光由光源发出的微粒、它从光源沿直线行进至被照物,因此可以想像为一束由发光体射向被照物的高速微粒。
这学说很直观地解释了光的直进及反射折射等现象,曾被普遍接受;直到19世纪初光的干涉等现象发现后,才被波动说所推翻。
1905年爱因斯坦提出光是一种具有粒子性的实物(光子)。
但这观念并不摒弃光具有波动性质。
这种关于光的波粒二象性的认识,是量子理论的基础。
光的波动说
关于光的本性的一种学说。
第一位提出光的波动说的是与牛顿同时代的荷兰人惠更斯。
他在17世纪创立了光的波动学说,与光的微粒学说相对立。
他认为光是一种波动,由发光体引起,和声一样依靠媒质来传播。
这种学说直到19世纪初当光的干涉和衍射现象被发现后才得到广泛承认。
19世纪后期,在电磁学的发展中又确定了光实际上是一种电磁波,并不是同声波一样的机械波。
1888年德国物理学家赫兹用实验证明了电磁波的存在,从此奠定了光的电磁理论。
这一理论能够说明光的传播、干涉、衍射、散射、偏振等许多光现象。
光的电磁说
光的干涉和衍射现象无可怀疑地证明了光是一种波,到19世纪中叶,光的波动说已经得到公认。
但是,光是什么性质的波?
难道像水波一样?
像声波一样?
光波的本质是什么,这个问题一直没有解决。
那时候人们总是习惯于按照机械波的模型把光波看成是在某种弹性介质里传播的振动。
到了19世纪60年代,麦克斯韦预言了电磁波的存在,并且从理论上得出,电磁波在真空中的传播速度应为3.11×108m/s,而当时实验测得的光速为3.15×108m/s,两个数值非常接近。
麦克斯韦认为这不是一种巧合,它表明光与电磁现象之间有本质的联系。
由此他提出光在本质上是一种电磁波。
这就是光的电磁说。
到1886年,赫兹通过实验证实了电磁波的存在,并且测出了实验中的电磁波的频率和波长,从而计算出了电磁波的传播速度,发现电磁波的速度确实与光速相同,这样就证明了光的电磁说的正确性。
光波的电场分量E与磁场分量B
光波的电场分量E与磁场分量B
光的电磁说是说明光在本质上是电磁波的理论。
电磁辐射不仅与光相同,并且其反射、折射以及偏振之性质也相同。
由麦克斯韦的理论研究表明,空间电磁场是以光速传播。
这一结论已被赫兹的实验证实。
麦克斯韦,在1865年得出了结论:
光是一种电磁现象。
按照麦克斯韦的理论c/v=√(εμ)。
式中c为真空中的光速。
ν为在介电常数为ε和导磁系数为μ的介质中的光速,因为折射率n=c/v,所有n=√(εμ)。
这个关系式给出了物质的光学常数,电学常数和磁学常数之间的关系。
当时从上述的公式中看不出n应随着光的波长λ而改变,因而无法解释光的色散现象。
后来洛伦兹在1896年创立了电子论。
从这一理论看,介电常数ε是依赖于电磁场的频率,即依赖于波长而变的,从而搞清了光的色散现象。
光的电磁理论能够说明光的传播、干涉、衍射、散射、偏振等许多现象,但不能解释光与物质相互作用中的能量量子化转换的性质,所以还需要近代的量子理论来补充。
光的光子说
1905年,爱因斯坦提出光是一种具有粒子性的实物(光子)。
爱因斯坦提出光子的概念,由爱因斯坦光子假说发展成现代光子论(photontheory)的两个基本点是:
(1)光是由一颗一颗的光子组成的光子流。
每个光子的能量为E=hυ。
由N个光子组成的光子流,能量为Nhυ(不计真空场的零点能)。
(2)光与物质相互作用,即是每个光子与物质微观粒子相互作用。
根据能量守恒定律,约束得最不紧的电子在离开金属面时具有最大的初动能,所以对于电子应有:
hυ=(1/2)mv²+W.上式即为光电效应方程,W代表电子脱离金属表面所需要的能量,称为功函数(workfunction)。
光的波粒二象性
光电效应以及康普顿效应无可辩驳地证明了光是一种粒子,但是光的干涉和光的衍射又表明光确实是一种波。
光到底是什么?
光是一种波,同时也是一种粒子。
光具有波粒二象性。
这就是现代物理学的回答。
根据量子场论(量子电动力学),光子是电磁场量子化之后的直接结果。
光的粒子性揭示了电磁场作为一种物质,是与分子、原子等实物粒子一样,有其内在的结构(组成粒子)的。
而在经典的电动力学理论中,是没有“光子”这个概念的。
引力透镜
引力透镜效应,英文名称:
Gravitationallenseffect,根据广义相对论,引力透镜效应就是当光在星系、星系团及黑洞等具有巨大引力的天体附近经过时,会像通过凸透镜一样发生弯曲,根据变化了的光线在光谱外波段呈现的不规则程度,可以推算发光星系的年龄和距离。
引力透镜效应是爱因斯坦广义相对论所预言的一种现象,由于时空在大质量天体附近会发生畸变,使光线在大质量天体附近发生弯曲(光线沿弯曲空间的短程线传播)。
在有些情况下,起引力透镜作用的天体是一个星系,它对光的弯曲作用能产生类星体或其他星系等更遥远天体的多重像。
有些天文学家认为,多达2/3的已知类星体可能由于引力透镜效应而增加了亮度。
爱因斯坦广义相对论预言:
物质决定时空,引力使光线发生弯曲。
在宇宙中,前景的大质量天体能够增亮视线上的背景星系或扭曲其图像,其原理非常类似光学透镜的作用,因而称为引力透镜效应
当银河系中一个暗天体正好在一较远恒星(如麦哲伦星云中的一颗恒星)前经过,使得它的像短暂增亮,就是较小规模的引力透镜效应。
单个恒星造成的这种引力透镜有时叫做“微透镜(Microlensing)”。
1979年,天文学家观测到类星体Q0597+561发出的光在它前方的一个星系的引力作用下弯曲,形成了一个一模一样的类星体的像。
这是第一次观察到引力透镜效应。
1993年,天文学家利用微透镜效应观测到银河系中存在一种暗物质(darkmatter),称做MACHOs(massivecompacthaloobjects,致密暗天体)
透镜可以放大图像,可以缩小事物,可以成正像,可以成倒像。
这些其实都是表象,本质上,所有透镜都做同一件事情,就是扭曲光线。
[3]
顾名思义,引力透镜是因为光的路线被引力改变了。
而引力是所有东西所共有的性质(只要是存在在宇宙里的东西,没有无引力的),所以,引力透镜到处都是。
我是一个引力透镜,你也同样是一个引力透镜
引力会对光线造成影响的想法已经很有历史,在牛顿的时代,牛顿认为光线是一束粒子,而且有其质量,这样引力当然就会使这束粒子偏转。
但随即,很多重要的实验显示,光似乎更像一种波动,而不是粒子。
引力对波的影响是什么样的呢?
大家不知道。
这个想法就被搁置了下来。
直到爱因斯坦发展出广义相对论,人们终于有了神兵利器可以处理引力和光线作用的问题。
在广义相对论的框架下,物质的存在会让周围的空间被扭曲,这种扭曲影响了光线的行进路线。
但多数情况下物质周围的引力场太弱了,光线路线的改变微小的无法察觉。
举例来说,人们第一个发现的引力透镜现象是水星发出的光线,在太阳强大的引力场影响下偏离了2个角秒。
而一个角秒有多大呢?
请你把你的手臂伸直,立起小拇指,小拇指所挡住的视角是1度,一度是3600角秒!
另一个说明角秒的例子是,太阳在天上的视角大概是一度(你可以用小指刚好挡住),太阳造成的水星光线的偏转是它本身尺度的1/3600。
[3]
但在天文尺度上还是有不少极具统治力的引力源,比如黑洞,星系,星系团。
这类强大引力源会使周围的空间剧烈的扭曲,透过它们的身旁去看远方的天体。
那些天体的像会被扭曲的不像样子。
甚至出现多重像。
天文学家们研究这些像扭曲的样子,可以推断出这些强大透镜的性质。
如今,这一手段已经成为天文学家探测宇宙结构最有效的手段之一
光子集成与光信息技术
21世纪人类将进入信息时代,以信息传输和信息处理为主体的信息化建设潮流已经迅猛地到来,即使在亚洲经济风暴的强烈冲击下,信息和通信事业依旧快速地发展。
作为信息社会支柱之一的光纤通信技术正在进入一个全新的发展阶段。
从对光纤通信业务的须求和光纤通信技术本身来看,光纤通信系统目前主要仍为点对点的干线通信,所有的交換也是以电子系统为主体,可以说尚处于光子技术的初级阶段。
由于世界各国的努力,高性能的半导体激光器、实用化的光_好放大器、DFB激光器与光波导器件的集成、光接受器件的集成、密集渡分复用解复用器件等多项光子技术的実破。
新一代的以波分复用为核心的全光通信网研究正在世界范国内兴起。
因特网和IP业务逐步普及,对光纤通信事业的迫切需求,对于我国的光通信技术和光电子技术发展创造了极宝贵的机遇也提出了严峻的挑战。
现在人们越来越认识到,光纤通信技术以及整个信息事业的任何实质性的通进都极大地依赖于相应的光电子技术的突破和产业化发展。
不仅要求光电子器件,集成光学器件具有高性能、高可靠性、而且要求多品种,低成本和低价格。
由于社会信息交流越来越频繁,地球也日益仿佛变小,竞争变得更加激烈,因此研究和开发变得越来越重要,拥有自已的知识产权无疑是未来光信息技术发展的核心。
光子集成和光电子集成是全光信息技术发展的必然趋势,也是实现全光网必不可少的条件,它有以下明显的特
1.实现多功能化和高性能化,如密集波分复用和光子交换技术,在没有实现光子集成的情况下难以达到实用化。
2.降低制造成本,光子集成和光电子集成源于微电子集成技术,它的优良之处与微电子集成相通。
由于光传输和光招合技术的特殊性,光集成在降低制造成本,大范围普及光网络有着特殊重要的意义。
3.提高可靠性及系统组装的灵活性。
可靠性是光纤通信系统最关键的同题,而提高光子器件的可靠性是确保系统可靠性的根本所在。
光子集成和光电子集成技术的研究已经初步进入实用化阶段,预计我国在2~3年时间内对集成化器件的须求将正式提到日程上来,在这一关键时刻发展我国光子集成技术有着特殊的意义。
光与生命
序言
光创造了地球的第一个生命。
在远古的混沌之中,紫外线及各种放射线利用海洋形成有机物,进而演化成生命,然后,光合作用使万物绵延不息,今日地球上所有的有机体都直接或间接地藉这个过程获取所需的有机物,也因此取得能量。
平常所谓的可见光,是电磁波的一部份,而且只占非常小的一部份(电磁波的波长,可以从短到10-12m的伽玛射线,列长至数公里的无线电波。
而可见光的波长只在380-760mμ之间)。
但就这一小部份,已造成地球上生物百态。
动物的视觉,植物的趋旋光性,以及动植物如何随昼夜循环,季节变化而栖息等,都是这一小段可见光影响下的现象。
更重要的,各种型式的光合作用,也都是这段可见光引起的。
本文旨在讨论这一小段可见光对生命的影响。
从太阳射向地球来的光线约在波长225mμ及3200mμ之间,其中波长最短的紫外线对生命而言是死光,能使蛋白质变性,并使核酸分解。
但非常幸运,光合作用所排泄出来的氧气在地表22到25公里上的大气层中被紫外线及各种辐射转变成臭氧层,它能吸收220mμ到320mμ之间的光线,其吸收的相对比例正好与光谱的杀伤力成正比,就是说,伤害力最大的250mμ到270mμ被吸收最多,此外水蒸气能吸收720到2300mμ间的部份放射能,而2300mμ以上几乎完全被大气层中的水蒸气,二氧化碳及臭氧层所吸收,所以原来225mμ到3200mμ的光波到了地球表面只剩下310到2300mμ的一部份,一进入水中,780mμ以上又被海水吸收掉,到了水深200公尺时,只剩下420到505mμ正如元素以原子为最小单位一样,同一波长的光波,其能量也有一最小单位,称为光子(Photon),每一个光子所含的能量为E=hc/λ(h为布兰克常数,等于1.58×10-34卡路里秒,c为光速),因此光的能量与波长(λ)成反比,光与物质交互作用时,便将光子整个地吸收(或释放或散射),光子被分子或原子吸收后,使原来稳定的分子或原子成为激动状态,而造成光化学反应的基础。
光合作用
太阳能被绿色植物或其它营光合作用的生物所捕捉后,将二氧化碳的碳固定而形成葡萄糖,并将能量储存在葡萄糖内,平均每一年被太阳能所固定的碳约有两千亿吨,整个大气层及水中的二氧化碳经由光合作用被合成有机分子,每隔三百年就被呼吸作用及腐化作用更新一次,而氧气则由光合作用每隔两千年更新一次。
光合作用通常的反应式是【浏览原件】(事实上,同时还直接合成氨基酸及脂肪)。
其中太阳能用来将水分解,释放出氢原子氢原子再转而将二氧化碳还原成有机物,并放出氧气,但有些绿硫藻(Greensulfuralage)的氢来自二硫化氢,因此反应的废物是硫而不是氧;有些紫色菌的氢则来自有机物,因此既不排出氧气也不排出硫,这时候释放出来的是有机物的更高次氧化的型式;此外,某些紫色菌则直接用氢来还原二氧化碳,所以并未有任何的副产品。
进行光合作用的地方是在叶绿体内,它里面含有一种吸收太阳能的色素,称为叶绿素,其吸光的性质来自分子构造上所形成的共轭系统,单键与双键交相排列,因此共享的电子在整个系统上形成特殊的π键,就像苯(Benzene)一般,这种π键为所有吸光色素共同的性质。
它比起平常的价键,吸收的能量较少,就可以将π电子内稳定状态提升到较高的能阶,换言之,它可以吸收较长波的光(波长愈长,能量愈低),由此或许可以解释叶绿素一项奇特的性质:
我们知道,叶绿素的颜色是绿色,这表示绿色光被反射而不被吸收,因此它吸收绿色及蓝绿色光的能力很弱,但太阳能强度最大的光波正好集中在475mμ蓝色光的附近,叶绿素的功用既然是捕捉能量,从能量的利用上来说,应该对这一部份的光能吸收力最强才对,但它却相反,叶绿素吸光量最强的紫色及红色光正好落在太阳能强度大减的地方(附图二)。
叶绿素在叶绿体内紧密地相邻,大约每五百个叶绿素中有一个能量转移中心(Evergy-transfelcenter),每个叶绿素的能量都转移到这个中心,然后再用来行光合作用。
通常叶子或藻类由于位置所处的明暗不同,平均来说很少吸收到太阳能的五分之一以上,而且叶绿素本身又是吸收太阳能中光波较长能量较低的部份,所以营光合作用的植物通常还含有各种色素以补足这个缺点,例如较高等植物及绿藻、褐藻上还含有类胡萝卜素(Carotenoid),红藻及蓝绿藻上则含有藻胆素(Phycobilin),藻红素(Phycoerythrin),藻蓝素(Phycocyanin),它们所吸收的能量也同样经由紧接排列的叶绿素而传入能量转移中心,另外一个弥补的方法就是高浓度的叶绿素,因此绿色光的部份虽然吸收量很少,但总和起来或许也还相当可观。
视觉作用
在主要的十一门动物中,只有节肢动物(昆虫、蜘蛛)、软件动物(乌贼)及脊椎动物的眼睛可算得发展甚好,即能成像。
但它们在胚胎的发生,生物的进化以及解剖上却互相独立,而所用的感光化学过程却都相同。
在所知的例子中,负责吸光的色素都是由维生素A形成,它以醛的形式存在,称为11-cisretinal,动物不能自己制造维生素A,乃由胡萝卜素分解形成,因此维生素A刚好具有β-胡萝卜素的一半构造。
在人眼的网膜上共含有108个杆状细胞及5×106个锥状细胞,杆状细胞上含有一种opsin的蛋白质,与11-cisretinal结合而成视蓝质(Rhodopsin),锥状细胞上则含有不同的三种opsin,与11-cisretinal结合而成视紫质(Iodopsin),每一个细胞经由神经键与神经纤维相连接而通至脑部,在电子显微镜下可以看到细胞的外端(称为Outersegment)堆满极多的薄囊,视紫质与视蓝质就是在薄囊上,光线的刺激使视紫质及视蓝质发生化学变化,而使薄囊改变,这个改变立刻由神经纤维以信号传递到脑部。
在光合作用中,光能被用来作功并储存起来,但在视觉中光能不被消耗,它唯一的功用就是将11-cisretinal转变成11-transretinal,其它更进一步的化学变化、神经冲动及行为反应都是这单一变化的自然结果。
11-cisretinal被光能转变成11-transretinal后,与opsin分离经由还原作用成为11-trans维生素A,再氧化而成11-cisretinal,重新与opsin结合,就在光线进来的1/25×10-6秒之内,伴同此种化学变化产生一个正电位,在此正电位生成之后的千分之一秒内,则紧接着有一个负电位产生,或许就是这种电位的变化造成神经纤维的冲动而发生视觉作用。
色彩的感觉依靠三种不同锥状细胞上的三种视紫质,它们吸光最强的波长分别在447mμ,540mμ及577mμ,相对于蓝绿黄的三种可见光,由它们各别吸光量的不同及变化而形成各种色彩的感觉。
动物感光的范围从重重之光到正午烈阳,其间明亮相差约十亿倍,因此,视觉作用在适应上必须有不同的敏感度。
在黑暗之中,负责视觉的是杆状细胞,实验结果显示,平均有五个光子刺激五个杆状细胞就可以引起视觉。
但在明亮的地方,负责此种视觉的锥状细胞则大约需要一百万倍的光能才能引起刺激,由于这种对光能的不敏感性才能使动物在白昼下具有高度有效的视觉。
趋旋光性
在光合作用中最有效的是红光,但在趋旋光性中最有效的则是紫、蓝、绿三种,因此你在生长中的植物与光源之间,放上红葡萄酒(或其它红色透明液体),则红光可透过,但紫、蓝、绿光则被吸收,则如此植物的光合作用或生长仍同以前一般,但却不再弯向光源。
由于光谱中550mμ以下的蓝、绿、紫地带是所谓有效地带,所以趋旋光性中负责吸光的很可能是一种黄色的类胡萝卜素(实验发现,趋旋光性的光谱有效曲线,与类胡萝卜素的吸收光谱曲线很相似)。
一些低等的无脊椎动物(如水螅)也同植物一般具有趋旋光性,其吸收光谱的范围也大约相同,可惜现在还未发现这种色素倒底是不是真的是黄色的类胡萝卜素。
光周期作用
日光明暗,随昼来夜往,作周期的变化,为适应这个二十四小时循环现象,生物也有些反应,称为光周期作用。
这种变化,还会随季节而有差异。
植物对昼夜长短的反应是依靠一种与视觉相类似的作用,其吸光色素称为植物色素(Phytochrome),为蓝色。
当吸收660mμ的红光时转变成吸收长红线(Far-red)的形式,若吸收730mμ的长红线则又回转成吸收红光的形式,前者使种子萌芽,后者可使植物开花。
前面说过,视紫质或蓝质遇光后,11-cisretinal(为带色团Chromophore)发生cis-trans的改变而与opsin分离,但植物色素中『长红』与『红』两种形式间的改变并不使这个带色团与蛋白质相分离,两者的作用也不大相同,在视觉中,只要11-cisretinal一旦转变成11-trans就可发生视觉,但在光周期作用中,一定要等到吸收长红线或吸收红光的形式出现后才有作用,因此,在视觉作用中,中间产物就具有视觉功能,而光周期中最后产物才具有功能。
例如,菊花(Chrysanthemunus)及一些植物在秋天,昼短夜长时开始开花,这时候在夜间若给以红光的照射,就不会开花,若又给以长红线的照射,开花又复开始。
播种谷物时,除不尽的野草就是因为种子在土壤中以吸收红光的形式存在,见了日光,受红光照射,转变成吸收长红线的形式,于是种子开始萌发,有一种野草,它的种子在1700年后暴露于光线时,竟然还照样萌芽!
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植物生长也受这种色素的周期变化所控制,例如Douglasfir,当昼短夜长或昼夜同长时,它就不生长,仍在休眠期,若是在12小时的夜晚下给予一小时微弱的照明,它就长的很好,若时间增加到8小时,则长的更高大,但这种控制机构仍不明了。
光周期作用并不限于植物界,动物对昼夜长短之变化也会引起这种反应。
许多马类的迁徙与生殖,哺乳类的活动期及昆虫的『生机暂停』(Diapause)都受这种控制,很可能是由光线控制贺尔蒙的分泌,再由贺尔蒙调节生物的活性,形成了大约二十四小时的『生物钟』(Biologicalclock),贺尔蒙对昆虫的影响已经知晓,但在人类则仍不甚清楚。
某些蚕与蛾的幼虫,当白昼愈来愈短时,就进入休眠期,使这类昆虫能够顺利捱过冬天,这时候脑部中央的细胞不再分泌贺尔蒙,这个贺尔蒙乃是经由一连串反应而形成蜕化素(Eodysome)的第一个贺尔蒙,因此,它不分泌,蜕化素无法产生,蛹也就无法蜕变。
若是在休眠期把蛹的脑部细胞曝光数天,则开始分泌贺尔蒙而蜕变,或是用蜕化素直接注射,效果也是相同。
在视觉或植物色素中,光线乃是用来引起色素分子构造的变化,而在蜕变中,光线也仅是用来刺激贺尔蒙的产生,至于其它的反应都是这些变化必然的后果。
对于蜕变的刺激最有效的似乎是500到560mμ或更短的光线,因此,负责这种反应变化的色素很可能是『』(Porphyrin)型的色素,这种乃是构成叶绿素共轭系统的环形部份。
(按:
生物色素成份有多种。
类只其一种,它们含有氮,可溶于水。
)人由东半球飞往西半球开会,由于生命钟与高地真实时钟不能配合,因此一个生气勃勃的人在会场很可能打起盹来,其它小白鼠或小哺乳类的周期性活动似乎也受光线的影响,但是在脊椎动物的光周期作用中,是否也有色素反应则仍然有待解决。
生物发光
腔肠动物、无脊椎动物、昆虫及微生物能够发生一种来自生物体本身的光线,称为生物发光(Bioluminescence),一般人通称为磷光(Phosphorescence)。
在光合作用中,光能将二氧化碳还原成有机物而放出氧气,在生物发光的反应中,有机物则被氧燃烧产生能量而放出可见光,这种光的量度一个人很容易体会到,譬如,在夜晚你捉几只萤火虫放在瓶子里,它们的亮度足以用来阅读报纸,在黑夜之中,海水中的磷光它眩眼的强度有时候会使水波或舟子的摇荡看起来像燃烧的海水(Burningwater),水中成万上亿的浮游生物,其所放射出来的光线,使人可以辨别各种游泳中的鱼类或水中生物。
生物发光主要有四种功能,一是照明,二是识别,三是诱食,四是战斗,但细菌的发光很可能不具有任何用途,只不过是代谢作用的副产物罢了,有些生物发光则反而有害,这使敌人容易知道位置。
深海生物的发光不仅使自己能够得到照明,也可使不含发光的邻居蒙受恩泽,此外照明常常被用来识别,物种及性别最显著的例子是美洲种的萤火虫Lampyridae,不同的物种有不同的发光情形,这样雌性的萤火虫就可以辨别在上空飞的同种雄性萤火虫,而发出荧光吸引雄性。
小鱼及浮游生物有趋旋光性,因此肉食性的鱼类若把发光器长在颚边或嘴边的须上确是个捕食的好方法。
常常会发现海中光线到不了的地方所捕获的鱼眼睛出奇的大,这就是因为深海的生物发光较弱的缘故。
在水面上的鱼类它的眼睛则是用来感觉天然日光,因为日光比生物光强得多,所以眼睛不需特别大,但在这两层之间,鱼类的眼睛通常完全退化,因为上面天然光既照射不到,深海处的照明到了这里则又太弱。
自然界神妙的用进废退及自然演化也可在深海鱼类眼睛的感光情形中找到一个好例子。
前面说过,天然光到水深两百公尺的地方,只剩下420mμ到505mμ的部份,最强的地方是在475mμ,结果发现深海生物的自然发光其最强的波长也在475mμ,而深海鱼类的眼睛其杆状细胞感光最敏锐的地方也同样在475mμ,这真是造化之奇。
光与演化
光与演化的关系从某种角度看来是交相影响的,这在绪言中已约略提起。
一旦光线使化学演化(Chemicalevolution)进展成生命以后,这个生命为了有机演化(Organicevolution)及生存的关系,就自动地改变陆地及大气层上的环境以便选择适于生存的波长。
在生命出现以前,大气上没有氧气(或极稀薄而可以忽略),碳也不以二氧化碳的形式存在,而形成其它各种化合物,因此大部份的红外线及紫外线都能到达地球,使当时的放射能远比现在为高。
这种高能的短波使有机物得以合成,终于在海洋上形成第一个生命,在无氧的状况下,它藉发酵作用(Fermentation)维持生存及繁殖,并释放二氧化碳作为废物,等到二氧化碳多了后,
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