一、光究竟是什么颜色的
在你的心中或许一直都存在着这样一个疑问：天边的彩虹为什么会是五颜六色的呢？是谁赋予了它们如此美丽的色彩呢？难道这世界上真的有上帝存在？当然，上帝是人们虚构的，而谈到彩虹的色彩，就必须从物理学中的光的色散说起。
夏天雨后，常常有一道彩色的圆弧出现在朝着太阳那一边的天空上，它的颜色通常是红色在外，紫色在内，依次排列的，这就是我们通常所说的彩虹。下雨以后，天上悬浮着些极小的水滴，太阳光沿着一定角度射入这些小水滴，引起了的比较复杂的由折射和反射组成的一种色散现象，我们朝着小水滴看过去，就会看见七彩缤纷的虹。
其实，在我国古代，早就有人接触到色散的本质了。南宋时期的学者程大昌在《演繁露》中就记录了露滴分光的现象。他认为日光通过一个液滴也能化为多种颜色，并不是因为水珠本身具有七彩的颜色，它的颜色其实是由日光的颜色所著。这也就是说他明确地指出了日光中包含有数种颜色，是经过水珠的作用而显现出来的。而这其实已经涉及色散的本质了，只不过他并没有继续深入研究，实在可惜。
由于西方在光学发展的早期对颜色的解释显得特别困难，因此欧洲人对颜色的认识一直采用的是亚里士多德的观点。他认为，颜色不是物体客观的性质，而是人们主观的感觉，一切颜色的形成都是白与黑、光明与黑暗按比例混合的结果。
而在1663年，英国化学家波义耳在研究了物体的颜色问题后，认为物体的颜色是由于光线在被照射的物体表面上发生变异所引起的，而并不是属于物体的带实质性的性质。能完全吸收光线的物体呈黑色，完全反射光线的物体呈白色。另外还有如笛卡儿、胡克等不少科学家，也都讨论过白光分散或聚焦成颜色问题，但他们都主张"红色光是大大地浓缩了的光，紫色光是大大地稀释了的光"这样一个复杂紊乱的理论。
雨后美丽的彩虹
在牛顿以前，对于颜色并没有一个统一的说法。1666年，牛顿由三棱镜开始进行一系列关于色散的理论和实验研究，他把结果归纳为几条，其要点如下：①光线随着它的折射率不同而颜色各异。颜色不是光的变样，而是光线本来就固有的性质；②颜色的种类和折射的程度为光线所固有，不因折射、反射和其他任何原因而变化；③同一颜色属于同一折射率，反之亦然；④不存在自身为白色的光线，白色是由一切颜色的光线适当混合而产生的，事实上，可以进行把光谱的颜色重新合成而得到白光的实验；⑤必须区别本来单纯的颜色和由它们复合而成的颜色；⑥根据以上各条，可以解释三棱镜使光产生颜色的原因及虹的原理等；⑦自然物的颜色是由于该物体对某种光线反射得多，而对其他光线反射得少；⑧由此可知，光线本身不可能是质，而颜色是光(各种射线)的质，由于颜色这样的质起源于光之中，所以现在有充分的根据认为光是实体。
如果想从现实生活中来观察色散，你可以到彩电跟前看看CRT，我们经常看的电视的荧光粉就是这种组合。不过如果要证实光色散请别看你面前电脑的显视器，它的像素点太小了，肉眼分辨不出来。其实真实生活中红、绿、蓝这三种颜色的组合，几乎形成所有的颜色，无论是蓝天白云的舒适，还是花草树木的鲜艳都是如此。
变幻莫测的花色
小克的妈妈买了一些有色的玻璃纸，这让小克非常高兴。每天他都会隔着不同颜色的玻璃纸去看各种各样的东西，欣赏那些在各色玻璃纸的作用下，变幻出来的美丽的东西。
透过几层红玻璃纸看，一切似乎都变成红的了，透过绿色的玻璃纸看，就是一个绿色的世界。
小克问爸爸是怎么回事，爸爸说："这是各种色彩的性质决定的。"
正如小克的爸爸所说的那样，颜色的变化是由各种色彩本身的性质所决定的。
太阳光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光组成的，各种色光有自己与众不同的性质。
比如，在房间里放上各种各样的花卉，当太阳光照进来时，我们会感到满眼的五彩斑斓。如果我们拉下窗帘，房间里立刻就漆黑一片。此时，当我们打开红灯时，我们仅会看到红花，因为只有红花反射红光，其他颜色的花都将红光吸收了。同样，打开黄灯时，我们只会看到黄花。
做完这个实验，我们就会得出这样一个结论：只有集各种单色光于一体的太阳光照射时，我们才会感受绚丽，才会看到全部。我们看见太阳光为白色，因而说它是"白色光"，其实，太阳光是由各种不同颜色的色光所组成的。
光具有"波"的性质，比如说，水波、声波等都是波。阳光中所包含的各种色光之所以显示不同的颜色，其实是它们的"波长"不相同的缘故。所谓波长，是指一列波的最高点与波的最低点之间的距离。就光显现的颜色而言，按照红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序，光的波长依次越来越短。
有色玻璃纸又叫滤色片，它只让一种颜色的光通过。绿色镜片只允许绿光通过，其他颜色的光被挡住，实际上是被吸收了；红花射出的大部分是红光，红光不能透过绿色的镜片，透过绿色的镜片看到的红花是黑色的，但是通过绿色的玻璃片看绿叶，绿叶就变得更鲜亮了。这是由于绿色的光全部通过来，和其他颜色的东西相比特别亮的缘故。
由于光的这些独特性质，当通过红色玻璃片观察花坛时，我们可以看到，纯红的花白得发亮，绿色的叶子完全是黑色；青紫色的小花变黑了，和变黑的叶子混在一起，几乎找不到；而那些黄色的、玫瑰色的、淡紫色的花都不如原来鲜艳了。
如果通过一块绿色的玻璃片观看花坛，则会看到绿叶更鲜亮了；黄花和淡蓝色的花稍微有点发白；红花是墨黑的；淡紫色和粉红的花变成灰色的。
如果通过蓝色的玻璃片看，红花、黄花变成了黑色；白花更加明亮；浅蓝和深蓝的花几乎和白花一样鲜亮。
我们经常看到一些摄影爱好者在摄影的时候，为了拍下蓝天上的白云，常常在镜头前面加一个黄色的玻璃片，这是因为蓝天和白云都发出明亮的光，在底片上强烈感光，印出的照片上天空背景是一片灰白，分不出是云还是蓝天，加上黄色的镜头以后，蓝色的天空变暗了，因为大量的蓝光被挡住，白云却暗得不多，所以蓝天的背景上白云显得很突出。
我们在镜子里看到了谁？
很多人会回答说："当然是自己了，我们在镜子里呈现的影像是对自己的最准确的复制，在一切细节上都分毫不差。"
但是应该相信这种相似吗？比如你的右脸上有颗痣，但是的你镜子里的右脸却是干净的。倒是镜子里的左脸上有了一粒在真正的左脸上没有的斑点。你向左拨动你的头发，镜子里的人却向右拨；你把你的右眉毛抬高，镜子里的右眉毛却比左眉毛更低了；你在坎肩的右兜上放了一块表，然后把记事本放在西装左兜里。你镜子里的"兄弟"与你有着相反的习惯：表放在坎肩左兜而记事本却放在西装右兜里。如果你观察镜子里钟表的表盘，会发现你从未看到过的景象：数字(原文指罗马数字)的位置与次序都是很奇怪的。比如数字8会出现在12的位置上，12会完全消失，而6后面跟着的反倒是5……等等。除此之外，镜子里指针的移动方向也与平时完全相反。
最终你会发现，你镜子里的"兄弟"有一些你怎么也不能习惯的生理缺陷--他是个左撇子。他写字，缝衣服，吃饭都是用左手，你要想跟他问个好的话，他会把左手伸给你。
很难确定你的"兄弟"是否是个"文盲"，但至少不是个正常的有文化的人。你要是从书上抄写一段话下来，会发现他也用左手写下了一行歪歪扭扭的东西。
就是这样一个人被认为与你极其相似！你真的想靠他外表的形状来判断你自己吗？
如果你看着镜子以为那个就是你自己，到头来你就会糊涂。大多数人的脸、躯干和衣服都不是完全对称的(尽管我们通常都这样认为)：右边的一半并不与左边一半完全相同，你右边一半的特点到了镜子里就会跑到左边去，你面前的这个身影与你真实的样子大相径庭。
隔着墙壁看得见东西
以前，人们用"X射线机"这个响亮的名字到处售卖一种有趣的器具。我还记得，当时我还是一个小学生，第一次拿到这个巧妙玩意儿时候的高兴的心情。这是一个管子，可以使你隔着不透明物体清楚看到后面的一切东西！我曾经用它不但隔着厚纸，还隔着真正的X射线都透不过的刀锋，看到了后面的东西。这个玩意儿构造上并不复杂，只要看一看它的形状，就可以明白。原来那个管子里有四面装成45度倾斜的平面镜，把光线反射几次，这个光线就仿佛绕过了不透明的物体一般。
这一类东西在军事上得到了广泛的应用。战士们坐在战壕里，可以不必把头探出战壕外面就能够望到敌人，他们只要向一架叫做"潜望镜"的仪器里望去就得了。
光线从走进潜望镜折射到观察的人的眼睛，这一段路程越长，潜望镜所能够看到的视界就越小。要把潜望镜的视界放大，就得装置一连串的镜片。但是玻璃是会吸收一部分通过潜望镜的光线的，因此所望到的物体的清晰度会受到影响。这一点使潜望镜的高度受到一定的限制，最高只能够到20米左右；更高的潜望镜只能够有极小的视界和不清楚的景像，特别是在天气阴暗的时候。
潜水艇上的人员向他准备攻击的敌舰观测，也是使用潜望镜的--这是一根长长的管子，上端露在水面上。这种潜望镜要比陆地用的那种复杂得多，但是原理却完全相同。光线从装在潜望镜上端的平面镜(或三棱镜)反射过来，沿着管子向下，经过底部的平面镜反射以后，落到人的眼里。
你能将彩虹放到手里吗
六月的天，小孩的脸，说变就变，刚刚还是晴空万里，突然就下起雨来。一场大雨过后，外面又放晴了。
丁丁和爸爸一起到外面去洗车，这个时候，东方的天空升起了一道美丽的彩虹，丁丁站在那里看呆了，他从来没有看到过这样美丽的彩虹，便问爸爸："爸爸，那是什么啊？真好看。"
爸爸说："那叫彩虹，彩虹是气象中的一种光学现象，出现在雨后。雨后的天空中有大量的水汽或者雨点，当阳光照射到半空中的雨点或者水汽上时，光线被折射及反射，在天空上形成拱形的七彩光谱。那些美丽的光谱从外到内分别是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。"
一会儿，彩虹就消失了，丁丁有点失望，爸爸看着失望的丁丁；继续说道："其实只要空气中有水滴，而阳光正在观察者的背后以低角度照射，便产生可以观察到的彩虹现象。彩虹经常在下午，雨后刚转天晴时出现。这时空气内尘埃少而且充满小水滴，天空的一边因为仍有雨云而较暗。而观察者头上或背后已经没有云的遮挡而可见阳光，这样彩虹便会较容易地被看到。"
丁丁失望地说："爸爸，彩虹已经没有了，说也没有用了。"
爸爸故作神秘地说："丁丁，你想不想还看到彩虹？"
丁丁说："当然想看了。"
爸爸说："行！我一会就将彩虹放到你的手可以碰到的地方。"
说着，爸爸将手中的水管朝空中洒水，停了片刻之后，爸爸问："看，彩虹！"
果然，一道小的彩虹出现了，丁丁迫不及待地问爸爸是如何做到的。
爸爸向他解释了彩虹的原理。
原来，彩虹是因为阳光射到空中接近圆形的小水滴，造成色散和反射而成的。阳光射入水滴时会同时以不同的角度入射，在水滴内亦以不同的角度反射。其中以40°～42°的反射最为强烈，造成我们所见到的彩虹。造成这种反射时，阳光进入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后离开水滴时再折射一次。因为水对光有色散的作用，不同波长的光的折射率有所不同，蓝光的折射角度比红光大。由于光在水滴内被反射，所以观察者看见的光谱是倒过来的，红光在最上方，其他颜色在下面。
想制作彩虹的话，只需要在晴朗的天气下背对阳光，在空中洒水或喷洒水雾，就可以人工地制造彩虹。
丁丁高兴地说："爸爸，那我岂不是可以天天看到彩虹了？"
爸爸点点头。
丁丁赶紧拿出水管，对着空中喷水，果然，一会儿之后，又一道彩虹出现了。
在生活中，我们平时看到的白光是由各种光线汇集而成的，即红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，这7种光的折射能力有所不同，当白光被折射时因这七种光的折射能力不同而会被折射到不同的地方，所以看到了七种光，色散就是指白光被折射成七种色光。小朋友，你知道这其中的奥妙吗？
海水颜色之谜
印度人拉曼是第一位获得诺贝尔物理学奖殊荣的亚洲科学家。1930年，他因光散射方面的研究工作和拉曼效应的发现，获得了当年的诺贝尔物理学奖。那么，以这位科学家的名字命名的"拉曼效应"究竟是怎么一回事呢？
1921年夏天，33岁的拉曼作为印度最高学府--加尔各答大学的代表，去牛津参加英联邦大学的会议，并且准备在英国皇家学会发表演讲。在地中海航行的"纳昆达"号上，拉曼对海水的深蓝色着了迷，一心要追究海水颜色的来源，于是便在这艘客轮的甲板上用简便的光学仪器俯身对海面进行观测。
事实上，早在16岁时，拉曼就已熟悉著名物理学家瑞利用分子散射中散射光强与波长四次方成反比的定律对蔚蓝色天空所作的解释。后来，由于研究光散射问题时查阅文献中的深入思考，他注意到瑞利所说的"深海的蓝色并不是海水的颜色，只不过是天空蓝色被海水反射所致"这一段话值得商榷，出于从小就养成的对自然奥秘刨根问底的个性，拉曼在这一次启程去英国时，特意在行装里准备了一套实验装置：几个尼科尔棱镜、狭缝、小望远镜，甚至还有一片光栅。
首先，他用尼科尔棱镜观察从海面反射的光线，来消去来自天空的蓝光。这样看到的海水自身的颜色是比天空还更深的蓝色。接着，他又用光栅分析海水的颜色，发现海水光谱的最大值比天空光谱的最大值更偏蓝。由此可见，海水的颜色是海水本身的一种性质，而并非是由天空的颜色引起的。拉曼在回程的轮船上写了两篇论文讨论这一现象，他认为这一定是起因于水分子对光的散射。论文在轮船中途停靠时先后寄往英国，发表在伦敦的两家杂志上。
拉曼对于这个问题的研究并没有止于此，1924年。他到美国访问，从康普顿发现X射线散射后波长变长的效应中得到了重大的启示，认为自己的发现是"康普顿效应的光学对应"。后来，经过了几年曲折的探索，他认识到颜色有所改变，比较弱又带偏振性的散射光是一种普遍存在的现象。1928年初，拉曼作出明确的结论，并且参照康普顿效应中"变线"的命名，把这种新辐射称为"变散射"。
1928年2月28日下午，根据之前实验所得结论，拉曼决定采用单色光作为光源，进行一次有判决意义的实验。他从目测分光镜看散射光，看到在绿光和蓝光的区域里，有两根以上的尖锐亮线。每一条入射谱线都有相应的变散射线。一般情况，变散射线的频率比入射线低，偶尔也观察到比入射线频率高的散射线，但强度更弱些。简单的解释就是光的频率在散射后会发生变化，而这个频率的变化决定于散射物质的特性。不久后，人们开始把这一种新发现的现象称为拉曼效应。
蔚蓝的大海
拉曼发现反常散射的消息引起了强烈反响，继而传遍世界，许多实验室相继重复实验，证实并发展了他的结果，科学界对他的发现给予很高的评价。仅1928年，关于拉曼效应的论文就发表了57篇之多。但是尽管如此，他一直都没有离开印度，不仅创建了印度科学院并亲任院长，还建立起研究所，为印度的科学事业和教育事业作出了重要的贡献并立下了丰功伟绩。
天蓝蓝，夕阳红
人们能够在地面上观察到蓝色的天空，是拜散射过程所赐。阳光到达地表的路径，有直接的，也有更为复杂和迂回的。迂回的路径就像Z字形的折线，光从一点跳到另一点。之所以会出现跳跃的现象，是因为地球表面的大气是由大量的空气分子组成，很多分子和光线会相互作用。这些分子会吸收光线，然后很快重新释放出来，但是却不一定和光线最初的路径方向相同。结果就是光线向各个方向散射。站在行星表面的人，能够看到天空中一个巨大的光球--太阳以及从四面八方来的相对微弱的光线(太阳光的光线强烈到能够损坏眼睛，所以不应该直视太阳)。这些散射的光线构成了蓝色的天空。
天空之所以是蓝色的，是因为空气分子更善于吸收和重新释放长度为蓝色的光波(可视光谱中的较短波长)。其他波长的光波较少和空气分子发生相互作用。阳光一般包括了光谱的所有波长，但是大气散射了蓝色的光波，所以人们在仰望天空的时候看到的是蓝色。
海洋的日落景观是美丽的，这是夏威夷瓦胡岛上的落日景象。(凯尔·柯克兰德)
日出日落之所以是红色的，也缘出于此。当太阳在天空中处于较低的位置时，它的光线得穿过比当空照时更多的大气层，才能到达观察者。这条路经散射出更多的蓝色，把浅色的黄色、橙色和红色留在大气中。大气中的尘埃和其他粒子也可以散射波长较短的光线，这就形成了美丽的落日。1883年，印尼的腊卡塔岛发生了一次火山爆发。大量的火山灰和残骸弥漫在大气中。这一次事件使得几年后整个北半球的落日都特别绚烂。
浮油和肥皂泡
色彩的另一种源头是薄膜--浮油的表面或者肥皂泡的膜。这些色彩的产生是因为波的另一种现象，即干扰。
我们知道，干扰在薄膜中是很重要的，因为光从薄膜的两面被反射。例如，肥皂泡的膜可以反射5％接触到它的光线，这对膜的内部和外部都同样适用。到达观察者的两束反射光经过了不同的路径。这些路径并没有什么显著的不同--一个肥皂泡膜的宽度只有大约0.00001毫米。但是这点微妙的差异，对于组成光线的高频率电场波来说，已经足够使它们产生异相了(也就是说，在波循环的不同时间到达)。有一些波会产生破坏的干扰作用，比如波峰和波谷在一起，这样波就被抵消掉了。有一些波则会产生建构的作用，比如波的叠加。到底发生波的抵消还是叠加，取决于兵分两路而来的光线节奏，而节奏又取决于波长。这样就产生了颜色：一些波长被抵消掉，这样颜色就消失了；而另一些波长叠加在一起。这样就产生了光谱，不是由于折射或者散射而产生的光谱，而是由于一些光波被抵消，留下了有色彩的光，而不是白光(当光从CD或者DVD的背面反射出来的时候，也是相似的过程)。
即使有机体缺少分辨波长的感光器，它仍然会看到干扰效应。但是它看到的不是颜色，而是亮色和暗色交替的色带。当光同相的时候，形成亮色的色带；当光异相的时候，形成暗色的色带。
虽然明暗交替的色带并不特别好看，但是它们很有用：对色带的精确测量可以确定薄膜的厚度。这就是"干涉测量法"技术，用干扰波来进行测量。为了更清楚地看到明和暗的色带，人们通常用单一波长的光线(颜色)来进行干涉测量。单色光不会散发成光谱，所以颜色可以叠加或者抵消，产生清晰的色带。今天最为常用的单色光源是激光。
到达肥皂泡表面的大多数阳光能够直接通过肥皂泡，但是肥皂膜也会反射一部分。通过肥皂泡的发射光被膜的外缘折射后到达内缘，一部分先发生反射，一部分直接被折射。这些外缘和内缘的反射光通过不同的路径到达眼睛，就出现了波的干扰。
干涉测量法可以测量许多测量技术难以甚至不可能测量的厚度。2003年，俄亥俄州大学视力测定研究院的杰森·J.尼科尔斯(JasonJ.Nichols)和P.埃文·金-史密斯(P.EwenKing-Smith)用干涉测量法测定了包裹在隐形眼镜外的眼泪膜的厚度--不用取下隐形眼镜就可以进行测量。
爬楼梯与视觉暂留
有一个有趣的实验，在可旋转的圆转盘上装有十二座楼梯，在楼梯阶上装有几组不同造型的管子，转盘上方置有频闪灯。转盘旋转的同时，频闪灯频频闪烁，当转盘转速与频闪频率相匹配时，由于视觉暂留的原因，你就看不到圆盘转动，而看见的是管子在台阶上上下运动，像是在爬楼梯。这个实验的科学原理，就是视觉暂留。
没有实验设备，我们在书页角上连续画上不同手势的小人，快速翻动书页时，小人的手会"动"起来，像在做操一样。这种简易的手绘动画，科学原理也就是视觉暂留。
当物体所发出的光进入我们的眼睛，在网膜上形成影像时，大脑随即产生视觉。如果这时闭住眼睛或将物体移离视线，大脑中的视觉不会马上跟着消失，可以继续留存约十六分之一秒，这种现象称为视觉暂留。当一连串连贯的静止物体以一定的速度通过人眼的时候，人的眼睛就会感觉到物体动了起来，于是就会看到物体"动"起来。
社会上流传的"看见耶稣"图片，也是利用了视觉暂留现象。图片要求观看者：一、注视图中心四个黑点十五到三十秒钟；二、然后朝自己身边白色的墙壁看；三、看的时候，快速眨几下眼睛，耶稣就出现了。
近视眼怎样看见东西？
患近视的人没有眼镜的话，是看不清楚比较远的东西的；但是他们在不戴眼镜的时候究竟能看见些什么，他们所看到的东西究竟是什么情形，这却是有正常视力的人难以理解的。但是患近视的人既是那么多，因此，了解他们所看到的周围世界，应该是一件有益的事情。
首先，患近视的人(自然这里是指没戴眼镜的人)永远不可能看到线条分明的轮廓，一切东西对他们来说都有模糊的外形。一个视力正常的人，向一株大树望去，能够清楚地在天空背景上辨出个别的树叶和细枝。患近视的人却只看到一片没有显明形状的模糊不清的幻觉般的绿色，细微的地方是完全看不到的。
对于患近视的人，人的面孔要比正常视力的人所看到的更年轻更整洁，因为面孔上的皱纹和小斑疤他们都看不见，粗糙的红色的皮肤也像是柔和的苹果色。我们有时候会觉得奇怪，某人判断别人的年龄往往会差了20岁，对于美的鉴别力很奇怪，他时常一直把头伸到我们面前来向我们看，仿佛从来不认识一样……这一切常常不过是由于他近视的缘故罢了。
普希金的朋友，诗人捷尔维格回忆说："在皇村，我被禁止戴眼镜，因而妇人们对我来说都是那样美丽；可毕业以后禁令解除，我却陷入了失望之中。"
一个患近视的人不戴眼镜跟你谈话的时候，他根本看不到你的面孔，至少他所看到的，跟你所预料的不同：在他面前只是一个模糊的轮廓，看不出面孔上什么特点，因此，一小时后假如他再碰到你，他已经不认识你了。患近视的人辨别一个人，大多是根据对方的声音，而不是根据对方的外形的。这里视觉上的缺憾从听觉的敏锐上得到了补偿。
研究一下夜里的情形对于患近视的人是怎么一回事，也是很有趣的事情。在夜里的灯光下面，一切光亮的物体，像电灯、照得很亮的窗玻璃等等，对于患近视的人都变成很大，他所看到的就是不规则的光亮斑点和一些黑影。街灯在患近视的人看来只是两三个大光点，笼罩了街道上别的部分。他们看不见驶近的汽车；看到的只是两个明亮的光点(头灯)，后面只见黑漆漆的一大片。
甚至连夜里的天空，患近视的人所看到的也跟正常视力的人大不相同。患近视的人只能看到前三四等星，因此，他所能够看到的，不是几千颗星，而只是几百颗。但是这几百颗星在他看来却像一些很大的光球。月亮在患近视的人看来显得非常大而且好像非常近；"半月"在他看来形状很复杂，很奇怪。
这一切歪曲以及仿佛放大的原因，当然是由于患近视的人的眼睛的构造上有毛病。患近视的人眼球太深了，它收到的外面物体上每一点所发的光线，不能够恰好集中在视网膜上，而是在视网膜的前面。因此光线射到眼球底部的视网膜的时候，已经又散了开来，就造成了模糊的像。
很多人还不知道应该怎样看照片照相术还在19世纪40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于被拍的人一定要长时间坐在照相机前面--往往要坐上几十分钟……
圣彼得堡的物理学家魏因博格教授说："我的祖父曾在照相室里坐了整整40分钟，就是为了得到一张属于自己的很难复制的银版照片。"
而群众对于可以不要画家就能够得到自己像片这一点，也认为过分新奇，而且近于奇迹，因此并没有很快就相信。在一本古老的俄国杂志(1845年)上，对这个问题有一段极有趣的记述：
许多人到现在还不肯相信银板照相法果真能够拍出照片来。有一次，一位衣冠楚楚的人跑去拍照，店主人就是摄影师。请他坐下来，校正了玻璃，装好一块板，看了看钟，就走开了。店主人在室内的时候，这位想拍照的人一动不动地端坐在那里；但是，店主人刚一走出房门，这位客人为了急于看到自己的照片，认为没有继续端坐的必要，就站了起来，嗅了嗅鼻烟，仔细看了看照相机的四面，把眼睛凑近到玻璃上，然后摇了摇头，说了声"这玩意儿真怪"，就在室内来回地踱起方步来。
店主人回来了，他吃惊地停在门旁边，喊了起来：
"你怎么啦？我对你说过，要端坐在那里啊！"
"是呀，我是坐着呀。我只是在你出去之后才站起来的。"
"那时候你还是应该坐在那里的呀。"
"咦，我为什么要无缘无故地坐在那里呢？"
读者一定以为我们现在对于照相已经不会有这样幼稚的看法了。其实，即使在今天，许多人对照相还并没有很好了解，譬如说，就很少有人知道拍好的照片应该怎样看。你一定以为这根本没有什么怎样看的问题：把照片拿在手上看就是了。但是事实上并不这么简单。照片跟许多日常接触的东西一样，虽然接触很多，但是我们却不知道正确对待它。大多数的摄影师和爱好摄影的人--更不用提一般群众--在看照片的时候，完全不是照应该用的方法看的。照相术知道了已经将近一百年，但是竟还有不少的人不知道应该怎样看他的照片。
看照片的艺术
照相机在构造上说，等于一只大眼睛：在它的毛玻璃上显出的像的大小，要根据透镜跟被拍物体之间的距离来决定。照相机拍下来的底片上的像，就跟我们用一只眼睛(注意--一只眼睛！)放在镜头的位置上所看到的相同。因此，假如我们想从照片上得到跟原物完全相同的视觉上的印象，我们就应该：
1.只用一只眼睛来看照片。
2.把照片放在眼前的适当距离上。
把手指放在眼前很近的地方，左右两眼所看到的情形。如果我们用两只眼睛看照片，我们一定会看到前面只是一幅平面的图画，而不是有远近不同的图画。这一点是不难理解的。因为这是根据我们视觉的特性所产生出来的现象。我们看一个立体的东西，两眼网膜上所得到的像是不相同的，右眼看到的跟左眼看到的并不完全一样；正是这个不完全一样的像，才使我们能够感觉到东西是立体的而不是平面的，在我们的意识里会把这两个不同的像融合成一个凸起的形象(大家知道，实体镜就是根据这个道理造成的)。假如在我们面前只是一个平面的东西，譬如一堵墙壁，那时候情形就完全不同，那时候两只眼睛会看到完全相同的像，这样我们的意识里就知道它是平面的。
现在我们就可以明白，假如我们用两只眼睛来看照片，是犯了什么样的错误；这样做就等于我们要自己感觉到前面是一幅平面的图画！我们把应该只给一只眼睛看的照片交给两只眼睛看，就妨碍了自己看到照片上应该看到的东西；因此，照相机这么完善地造出来的像，就给这个大意的行动完全破坏了。
应该把照片放在多远的地方看？
第二条规则也同样重要，--应该把照片放在眼前的适当距离上来看，否则，也要破坏正确的形象。
这个距离究竟应该多大呢？
如果要得到一个完全的印象，照片所夹的视角应该跟照相机的镜头望到毛玻璃上的像所夹的视角一样，或者也可以这样说，应该跟照相机的镜头望到被拍的东西的视角一样。从这里可以找到应该把照片放在多远来看的答案：这个距离和原物离开镜头的距离的比，应该跟照片上的物像和原物的长短的比相等。换句话说，我们应该把照片放在眼前大约等于镜头焦距的距离上。
假如我们注意到大多数小照相机的镜头焦距多是12～15厘米，那我们就可以知道，我们向来没有把照片放在正确的距离上来看：对于正常的眼睛，看东西最清楚的距离--明视距离--大约是25厘米，这个数目几乎等于照相机镜头焦距的两倍。至于挂在墙壁上的照片，因为人们都是从更大的距离上来看的，自然也只给人一种平面的感觉了。
只有患近视的人(以及能够在近距离看得清楚的孩子们)，他们的明视距离比较短，在用正确的方法(用一只眼睛)看一张普通照片的时候，才会看到这种效果。他们照习惯把照片拿在眼前12～15厘米的地方，因此他们看到的不是单纯平面的图画，而是像在实体镜里看到的那种立体形像了。
现在我相信读者一定会同意，过去由于自己的无知，没有能够从照片上得到它所能够提供给我们的全部效果，以致时常埋怨照片的呆板平淡。全部问题在于我们没有能够学会把眼睛放在照片前面的适当距离上，而且用了两只眼睛去看那种只预备给一只眼睛看的东西。
有趣的"海市蜃楼"
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，就好像用极大的入射角从镜面反射出来的情形一般。观察的人因此就好像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。
沙漠里的海市蜃楼是怎样造成的。这幅图是教科书里时常采用的，但是它有点过分夸大，把光线的路径画得过分陡直了。
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像镜子，而是更像从水底望去的水面。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。这样不断地替换着，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像淋过水般的光滑，会反映出很远的物体。
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。
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。
轿车前边的车窗玻璃为何被做成倾斜的
不知道同学们有没有注意到轿车前边的车窗玻璃都被做成了倾斜的，不少人可能会认为：做成这样还不是为了减小车子行驶过程中的阻力呗！那也许有人要追问：那大型汽车(如长途客车、公共汽车、大型卡车)驾驶室的前窗玻璃为何又是竖直的呀？显然这种解答不科学！那到底是为什么呢？
轿车前边的车窗玻璃
这可要从光学角度来分析：挡风玻璃是透明的，但不是绝对没有反射。坐在驾驶员后面的乘客会因反射成像在驾驶员的前方。小轿车较矮，坐在里面的乘客经挡风玻璃成像在前方，若挡风玻璃是竖直的，则所成的像与车前方行人的高度差不多，这就会干扰驾驶员的视觉判断，容易出事故。而当挡风玻璃为倾斜时，所成的像就会在车前的上方，驾驶员看不到车内人的像，就不会影响视觉判断，保证行车安全。大型汽车一般很高，驾驶员的位置(视线)比路面行人要高些，这时虽然车内乘客经挡风玻璃反射成的像在车前方，但位置比路上行人高得多，且比较暗淡，因而不会影响驾驶员的视觉判断。
轿车前边的车窗玻璃都被做成了倾斜的原来是为了安全起见啊，再来看看还有哪些车体设计的作用你还不知道。
1、夜间行车时，车内能亮灯吗？
在晚上乘车或在路边行走时，我们会发现夜晚行驶的汽车，车内的灯都是关闭的。因为当车内开灯时，汽车的挡风玻璃相当于一个平面镜，车内人、物在玻璃的反射下会在车前方形成虚像，由于车内光线比外面强，所以像可能比路上行人的还要明显，使司机看不清或发生混淆，造成判断失误，酿成交通事故。因此，夜间行车时，为了避免车前出现车内景物的像，保证司机看清路面上的景物，必须关掉车内的灯光！
2、汽车上为何安装茶色玻璃？
行人很难看清乘车人的面孔。要看清乘车人的面孔，必须从面孔反射足够强的光射到玻璃外面进入车外人的眼里。茶色玻璃表面能反射一部分光线，还会吸收一部分光线，透进车内的光线较弱，其中又有一部分反射光被茶色玻璃反射和吸收，没有足够的光透射出来，所以行人很难看清乘车人的面孔。
3、小轿车后窗玻璃上那些横着的细线条有什么作用？
轿车后窗玻璃上粘着不少横着的细线条薄膜，是用来导电的。我们知道司机是从驾驶室上方的反光镜里观察车后面的情况。冬天车内比车外暖和，后窗玻璃上容易产生水汽或结霜，此时反光镜映出的后窗上将是白茫茫一片，司机就看不清车后的情况，这是十分危险的。人们由此想出办法，把窗做成双层并粘上导电薄膜，通电后，使玻璃温度升高，玻璃上就不会产生水汽或霜，从而消除了事故隐患。另外一些高级车的后窗玻璃上还安有收音机天线。
巨人的视力
当物体离我们非常远的时候--超过450米的时候，两眼之间的距离就已经不能够引起视觉上感像的差别了。很远的建筑物、山林、风景等等，因此只给我们一种平面的感觉。根据同一个原因，天上的星也仿佛都离我们一样远，虽然实际上月球要比行星离开我们近得多，而行星又比那些不动的恒星近得不可计量。
总而言之，对于距离我们在450米以上的物体，我们就完全没法直接看出它的立体形象。它们在我们左右两眼里看起来完全一样，因为两只眼球之间有限的那6厘米距离，跟450米比较起来，实在太小了。因此，在这种条件下面拍得的两张实体照片，就会完全一样，也就不可能通过实体镜看到它的立体形状。
但是这件事情也有办法解决，只要在拍照的时候，从比两眼距离大的两个地点拍摄就可以了。这样拍出的照片，用实体镜望去时候所看到的形象，就跟两眼距离增加了许多倍时候所看到的一样。实体的风景照片正就是这样拍来的。人们一般都用放大棱镜(有凸面的那种)来看它们，因此这种实体照片时常会显出原来物体的大小，得到的效果是非常惊人的。
读者大概也已经想到，我们很可以造出一种双筒望远镜，用来直接看出这些风景的立体形象，不必再经过照片。这种仪器--实体望远镜--的确是有的：它的两个镜筒之间的距离要比平常两眼的距离大，两个像是由反射棱镜投射到我们的眼睛里来的。当你向这种仪器望去的时候，真难描写出你所受到的感觉--这感觉竟是不寻常到这样的程度！大自然的整个面目都变了。远山变成凹凸不平的了，树木、山岩、房屋、海上的船只--一切都变得凸起来了，已经不是像平面的布景似的，而是在无穷广阔的空间里面了。你会直接看到很远的海轮怎样在动，而这当你用普通双筒望远镜去看的时候是看不出的，就好像它是静止的。像这样的地面上的风景，过去是只有神话里的巨人才能够看到的。
假如这个实体望远镜有10倍的放大率，而两个物镜间的距离等于平常人两眼瞳孔距离的6倍(就是等于6.5×6＝39厘米)，那用它所看到的像就会比用肉眼看到的凸出6×10＝60倍。这一点可以从下列一个事实说明，就是离开25千米远的物体，用这种望远镜望去，仍旧能够看得出显著的凹凸。
这种望远镜对于大地测量工作者、海员、炮兵和旅行家都是很重要的仪器，特别是那种附有测量距离的刻度的实体测距镜更有用。
棱镜造成的双筒望远镜也有这种功用，因为它的两个物镜间距离比两眼距离大。而观剧镜却相反，它的两个物镜间距离比较小，削弱了立体的感觉，可以使布景不会显出它是假的。
响尾蛇的功劳
你见过响尾蛇吗？它的毒性很大，不过它可是个"瞎子"。它的眼睛对可见光几乎失去了作用，然而它却能敏捷地捕捉田鼠及其他小动物，一个瞎子怎么去捕食呢？
响尾蛇
经过人们的研究发现，原来这种捕捉能力应归功于响尾蛇的热感受器--"热眼"。"热眼"长在蛇的眼睛和鼻孔之间叫颊窝的地方，颊窝一般深5毫米，长1厘米，呈喇叭形状，每个"热眼"都很大，并且都带有一个敏感的膜来探明热能，能敏感的测出0.02℃的温度差异，反应时间低于0.1秒。通过这种器官，即使是在伸手不见五指的黑夜，有"热眼"的蛇类也可以查明温血动物的位置，而温血动物正是蛇类的主要食物。这么神奇的"热眼"，聪明的人类能不能加以利用呢？
"响尾蛇"导弹
人类果然没有错过这个好机会，"响尾蛇"导弹就是仿照蛇的这种结构制成的，这是仿生学的巨大成果。"响尾蛇"导弹仿制出蛇类"热眼"的结构，根据吸收的红外线特点来辨别出物体的准确位置，进行制导，从而击中目标。20世纪40年代末期，人们研制出了一种响尾蛇"空对空导弹"。它是利用硫化铅作红外敏感元件，接收喷气式飞机机尾喷管发出的波长为1～3微米的红外辐射流，引导导弹从飞机尾部进行攻击，它只需接收到热源的存在和方位，并不要形成目标的热像图。在1982年6月的中东战争中，叙利亚军方损失的20多架飞机几乎全部是被"响尾蛇"空对导弹击落的。
天空也爱美吗
自然界中绚丽多彩的晚霞和日出东方时的壮丽景象是任何一位艺术家都难以描绘的。但是很少有人知道，我们目睹的大部分颜色是污染造成的。城市的落日和空气清新的乡村落日是不同的。在非常洁净、未受污染的大气中，落日的颜色特别鲜明。太阳是灿烂的黄色，同时邻近的天空呈现出橙色和黄色。
当落日缓缓地消失在地平线以下时，天空的颜色逐渐从橙色变为蓝色。太阳消失以后，贴近地平线的云层仍会继续反射着太阳的光芒。因为天空的蓝色和云层反射的红色太阳光融合在一起，所以天空中的薄云呈现出红紫色。几分钟后，天空充满了淡淡的蓝色，它的颜色逐渐加深，向高空延展。但在一个高度工业化的区域，当污染物以微粒的形式悬浮在空中时，天空的颜色就截然不同了。圆圆的太阳呈现出橘红色，同时天空一片暗红。红色明暗的不同反映着污染物的厚度。有时落日以后，两边的天空出现两道宽宽的颜色，地平线附近是暗红色的，而它的上方是暗蓝色。当污染格外严重时，太阳看上去就像一只暗红色的圆盘。甚至在它到达地平线之前，它的颜色就会逐渐褪去。
被污染的天空
为什么在洁净的空气中太阳呈现出黄色，同时天空呈现出蓝色呢？
在19世纪末期，英国物理学家瑞利在1871年首先对此做出了解释。在地球表面的人是透过经空气散射的太阳光来看天空的。在洁净、未受污染的大气中，大部分的散射是由空气中的分子(主要是氧和氮分子)引起的，这些分子的大小比可见光的波长要小得多。瑞利理论指出，散射光强和波长的四次方成反比(Ⅰ∝1/λ4)，在这种情况下，散射主要影响波长较短的光。因为蓝色位于光谱的后面，所以天空本身呈现出蓝色。太阳光直接穿透空气，在散射过程中失去了许多蓝色，所以太阳本身呈现出灿烂的黄色。
根据瑞利的理论，当光波波长减少时，散射的程度急剧加强。所以光波波长最短的紫色光应该散射最强，靛青、蓝色和绿色的光散射要少得多。那么为什么我们看见的是蓝天，而不是紫色和靛色的天空呢？原来当散射光穿过空气时，吸收使它丧失了许多能量，波长很短的紫光和靛光虽然在穿过空气时，散射很强烈，但同时它们也被空气强烈地吸收，阳光到达地面时，所剩的紫色和靛色的散射并不多。我们所目睹的天空颜色是光谱中蓝色附近颜色的混合色，它们呈现出来的就是蔚蓝天空的颜色。
除了散射外，太阳光还被空气中的臭氧分子和水蒸气所吸收。因为空气层散射和吸收的共同作用，最终到达地面的太阳光消耗了许多能量。因为早晨和傍晚，太阳光经过空气的路程长，能量损失过多，所以我们可以欣赏壮丽的日出和美丽的日落景色。而在白天，阳光在大气中经过的路程短，它的能量损失少，这时用肉眼直视太阳会头晕目眩，是很危险的。
蓝天白云
在太阳刚刚落山时，你会看到太阳圆盘的周围有一圈灿烂的红色光环。这个光环是太阳光被远大于空气分子的灰尘颗粒--通常它们是悬浮在地球附近空中的--折射的结果。这个光环看上去从太阳圆盘的中心向外延伸了大约3倍。因为光环延伸的角度取决于光波波长和微粒的大小，所以估计折射的颗粒直径大约为尘埃颗粒的大小。如果一阵大雨在落日前清洗了一遍空气的话，在落日时通常就看不到这个光环。
在当今的工业社会，污染物通常是悬浮的微粒，它们由直径从0.01到10毫米不等的微粒组成。瑞利的理论不能解释这种情况。后来，戈什塔夫·米证明了大粒子的散射取决于粒子线度与波长的比值，并于1908年提出了一个更为普遍的理论，它所覆盖的颗粒大小范围更大。这个理论指出，如果空气中有足够大的颗粒，它们将决定散射的情况。米氏的散射理论可以解释我们看见的城市天空的景象，颗粒越大，散射越多，同时散射的效果取决于波长。散射不仅在光谱的蓝色区域强烈，而且在绿色到黄色部分也很强。
所以，穿过了受到很多污染的空气层的太阳光的强度削弱了许多，太阳看上去更红一些，它已经失去它的蓝色、黄色和绿色成分。除了散射外，像臭氧和水蒸气还会额外地吸收光能。结果圆圆的太阳呈现出黯淡、橘红的颜色。
那么在受污染的空气中，天空本身的颜色又如何呢？悬浮在空中的污染物，时间一久便会聚集成层，较大的颗粒在地面附近形成了较浓密层。当太阳光穿透这些层时，它逐渐褪色，呈现出橘红色。散射的光失去了大量波长较短的光波，结果主要是红光得以穿透。天空呈现出暗红色；因为散射的红光要穿过空气层中较低的、愈来愈浓密的空气，所以在地球表面附近红色越来越浓。你所看到的落日的类型主要取决于你所处的地方。在地面上，落日的亮度和颜色取决于季节和当地的大气状况。人在高处所看见的日出和日落的景色完全不同。有时日落后，站在平台上的观察者能看到贴近两面地平线的一小部分空气散射的阳光。
傍晚的天空能揭示出大气受污染的情况。天然的"污染"也会影响天空颜色，尤其是火山喷发出的大量灰尘、热气体和水蒸气进入大气时，灰尘的颗粒和其他一些微粒最终在离地面15千米到20千米之间的地方聚集成层。这个空气层散射太阳光的效果格外明显，绚丽多彩，太阳呈现出蓝色或绿色。尤其是在黄昏时分，火山喷发几年之后还能看到这种景象。这些引人入胜的景色并不能弥补污染的危害，无论污染是天然的还是人为的。但至少污染物颗粒通过绚丽多彩的天空颜色的微妙变化显示了它们的存在。城市日落一旦出现暗红色，那便是对我们的警告。我们应当禁止污染物直接排入大气，只有这样，才能保证我们的子孙后代能够继续欣赏到明朗的天空。
光为什么和怎样折射？
光从一种介质进入到另外一种介质的时候，它的进路会曲折，这一点有许多人认为是大自然在耍脾气。真的，光在进到新的介质以后，为什么不保持原来的方向前进，却选择了屈折的路径呢？关于这件事情，如果用军队在容易走和不容易走的地面交界的地方行进的情形来做比喻，就会完全明白了。下面是著名的天文学家和物理学家赫歇耳关于这个问题所说的话：
请设想有一队兵士正在行进，那里的地面有一段是平坦容易走的，有一段是高低不平不容易走，因此走起来就不可能太快的。两段地面的分界线，恰好是一条直线。现在，再设想这队兵士的队伍正面跟这条分界线成某一个角度，因此同一横排的兵士到达这条直线不会在同一时间，而是有迟早的不同。每个兵士一跨过分界线走上不平的地带，就不可能走得像以前那么快，因此，也就不可能再跟那些还没有跨过分界线的同一排兵士保持在一条直线上前进，而慢慢的落后了。这时候假如兵士不走乱队伍，仍旧依着队形前进，那跨过了分界线的部分不可避免地要落到其余部分的后面，因此在跟分界线相交的点上曲折成一个钝角。又因为每个兵士一定要合着节拍踏着步子前进，也不能够抢先，每个兵士就自然会依着跟新的队伍的正面成直角的方向前进，因此每个兵士越过分界线以后所走的路径，第一，会跟新的队伍正面相垂直，第二，路程的长短和在平坦地面上在同一时间里面能够走的路程长短的比，恰好跟新的行进速度和旧的行进速度的比相等。
我们不难应用手头现成的东西，在桌子上做一个小实验。把桌面的一半用台布盖好，然后，使桌子略略倾斜，把一对装牢在一根轴上的小轮子(例如可以从损坏了的玩具汽车上拆下来)放在高的一头让它滚下去。假如轮子滚动的方向跟台布的边恰好成直角的话，那么它滚动的路径是不会发生屈折的。这表示了光学里的一条定律，就是垂直射向不同介质分界面的光线，是不发生曲折的。但是，如果轮子的滚动方向跟台布的边缘成某一个角度的偏斜，轮子滚动的路径就要在这个边缘上发生屈折，也就是说在行进速度不同的介质的边缘上发生屈折。这里我们不难发现，当轮子从滚动速度比较大的那一部分桌面(没有桌布的部分)滚到滚动速度比较小的那一部分桌面(有桌布的部分)的时候，它的路径的方向是折近界线的垂线或者所谓"法线"的。在相反的情形，就要折离这法线。
从这里我们不难看出，就是光的折射是在两种介质里光的行进速度不同这一个基础上面产生的。这速度上的差别越大，那么折射的程度也越大；表示光的折射程度的所谓"折射率"，就是这两个速度的比值。你知道光从空气进到水里的折射率是43，那你同时就可以知道光在空气里行进的速度，等于在水里的113倍。
这里还可以看到光的传播的另一个特性。如果说光线反射的时候是依最短的路径行进的，那么在折射的时候是取最快的路径的：除了这一条折射路线之外，没有一个别的方向可能使光线这么快到达它的"目的地"的。
导演的误导
在影视中，我们经常见到，一个在房内墙边倒立的人，看走进门的客人的"主观镜头"画面：客人是头在下脚在上倒着走进来的；有人弯着腰从两腿间往后望，其"主观镜头"画面：见到的人物场景都是倒过来的。导演似乎在强调是"倒着"在看，所以一切都该倒过来。拍摄时这样倒着拍摄也确实是"倒着"的画面。这有什么问题吗？
不用讲太多道理，你自己弯腰从腿间往后看一下就会知道，世界并没有倒过来。但你用相机这样照相，相片是会倒过来的，但看时把照片转一百八十度就可以了，无所谓正或倒。记者在人群中抢拍时，经常把相机倒举在头顶拍摄，动作与弯腰后拍相反，结果也一样。其实，一般光学照相机底片的成像就是倒反的，照相馆老一点的照相机照"全家福"时，你可以在照相机后面看得很清楚，全家人都头朝下脚朝天。新型的相机多经一次反射，就不再倒立了。
这就要说到照相机和眼睛的异同了。照相机和眼睛的光学成像原理是相同的，人眼中的晶体相当于相机中的凸透镜，光经过折射后聚焦成像于视网膜，相机成像于底片。这光学成像，由于光的折射途径原因，与物体成一百八十度对应，也就是倒立的。底片上的成像，我们看时转一下就可以，视网膜成像传给大脑也是倒立像就"颠三倒四"地混乱了。据说，初生婴儿睁开眼看到的世界就是颠倒的。但万物之灵--人的进化和发育成长过程中，大脑和神经系统对这颠倒的视网膜成像进行了调整处理，不仅把颠倒的成像立正了，在侧头、转头时也自动进行了稳定性调整处理。所以，你躺着侧头看电视，电视机和画面并不会倾斜，假如是照相机、摄像机这样侧斜，图像画面也倾斜，人不晕才怪。
眼睛和大脑的"自动调整"功能，照相机是没有的。导演的那些"倒立"镜头画面，是把人眼当成了呆板的相机，实是误导！
平面照片变立体一天，一位朋友拿了本画报来找我，说他有"绝招"能把平面照片变立体，问我拜不拜他为师？看他故作神秘的样子，我也故作姿态"不学！"
还是他憋不住了，告诉我说："说简单，也简单。闭上一只眼，平面马上就变立体哉！"
我不信，他翻开画报指着那幅"苏州园林"的照片说："这张照片，构图取景、色彩层次、光照明暗都极好。但我们看时，特别是斜着看，总是明显感觉是平面的，缺乏现场真实感。但是，你闭上一只眼睛试试看。"
我被他说动了，用手遮住左眼再看这张照片。真神了！那湖水、那湖岸的亭子和水中的倒影，那彩色缤纷的花木，那重叠的远树，竟然一下变得层次分明地浮现出立体感来了，距离也拉出来了……我把手拿开，照片一下又"死板"了。
我又翻看一张足球赛的图片，嘿！球场似乎更显得深广开阔了，球员的姿态也生动得多了……这是怎么回事？
朋友见我信服，才告诉我说，平时我们看东西，两只眼有些微视角差异，可以帮助我们判断平面和立体，用一只眼看时，没有视角差的帮助，就不易判断平面立体了。照相机照相片，就像用一只眼看东西，但把真实的景象记录下来了。我们用两只眼去看照片时，视觉差就会提醒"这是平面，不是立体"。而用一只眼看时，不再有视角差，不会去否定它的立体性，由于照片记录的是实景，被遮住的眼睛会下意识去"补充"加强立体感，使你觉得真的"立体"起来了。
我还有点似懂非懂，但以后我看图片、照片，甚至看电视、电影，常常用这"绝招"而觉得非常有趣。只是眼睛有点累。
光来自东方吗
有句拉丁谚语说："光来自东方。"因为每天太阳都从东方升起，给大地带来光明。有趣的是，人类对光现象的研究也首先发端于东方，发端于中国。
我们的祖先很早就认识到光的作用了。远在3000年前的殷周时期，中国的能工巧匠们就已经磨制出凹面镜与平面镜。他们将凹面镜称为阳燧，用它会聚太阳光取火；用平面镜照人照物，以观其相。在2400多年前的春秋时期，《考工记》里记载了用铜、锡各半的合金做的凹面镜向日取火。相比之下，西方社会直到13世纪才开始出现用金属磨制的凹面镜。
我国古代伟大的思想家墨子的纪念邮票。
活跃在春秋末年的墨翟，是战国时一位著名的思想家，后来被尊称为"墨子"。这位木匠出身的伟大学者，是世界上第一个进行光学实验的人。在墨子的传世经典《墨经》中，有不少关于光学的记载。
我们知道，光在同一种均匀物质中沿直线传播。最早阐述这一现象的人就是墨子，他完成了世界上最早的几何光学实验--"小孔成像"：在一间黑暗的小屋朝阳的墙上开一个小孔，人对着小孔站在屋外，屋里相对的墙上就出现了一个倒立的人影。
为什么会出现这一奇怪的现象呢？墨子提出了精辟的解释：光像射箭一样，是直线行进的。人体下部挡住了直射过来的光，穿过小孔，成影在上边；人体上部挡住直射过来的光，穿过小孔，成影在下边，就成了倒立的影。墨子还指出，人的位置离墙壁由远及近，暗室里的影也由小变大，倒立在墙上。这是对光直线传播的第一次科学解释。
墨子不但利用光的直线传播这一性质，讨论了光源、物体、投影三者之间的关系，还对镜子成像的原理进行了深入的研究，并提出了平面镜、凹面镜和凸面镜成像的理论。可惜的是，墨子的这些光辉思想没有被其后人所继承，结果，中国的光学逐渐衰落了。
通过一个透镜，在暗室内的屏幕上出现了白炽灯灯丝的倒立像。
兔子为何撞在树桩上？
人们比喻那些不愿意老老实实工作，一心只想得到意外收获的人，常常使用"守株待兔"这个成语，"守株待兔"的故事最早出现在战国时期的《韩非子》那本书中。故事说，宋国有个人在田里耕地，突然从他身后蹿出来一只兔子，这兔子看见有人，慌里慌张，急忙逃跑，没料到自己撞在一个树桩上，竟撞死了。这个人毫不费力地拾得一只兔子，非常高兴。他以后就天天等在这棵树桩的旁边，指望再遇到撞到树桩上去的兔子。
我们不再进一步去研究那个成语的寓意，只讨论一下有没有可能发生兔子自己撞到树桩上去的事情。
韩非子写这个故事的时候，不知道他是不是亲自碰到过这样的巧事，还是听到别人说起有这样的巧事。不过据说，打猎的时候，在猎狗的追逐下，兔子撞到猎人腿上的事情确有发生。兔子是十分机灵的动物，逮过小兔的同学都知道，就是从兔子后面慢慢地接近它，也是会被兔子发觉的，那么为什么竟会撞到树桩上去呢？我们从兔子的两只眼睛长的位置上分析一下，也就不会觉得奇怪了。
仔细观察一下，兔子双眼长在头上的位置和人的眼睛有什么不同。人的双眼长在前面，两只眼的距离不远，大约6～7厘米，而兔子的双眼长在头的两侧，一边一只。为什么这样长呢？
因为兔子是弱小的食草动物，为了防御敌害的袭击，必须时刻注意周围的动静。兔子两只眼睛合起来观察到的范围比人的双眼大得多。人的每只眼睛可以看到的范围是166°，兔子每只眼睛可以看到的范围是189.5°。在不转头的情况下，兔子两只眼睛一共看到的范围是360°，也就是可以看到周围的一切，而人不转头两只眼睛合起来看到的范围只有208°，在人的头后面还有152°的范围是根本看不见的，我们把它称做"盲带"或"盲区"。
世界上的事情总是有利也有弊。兔子的双眼看的范围是大了，但是判断前面的东西的位置和距离的准确程度要比人类差得多。因为我们要判断一件东西距我们多远的时候，必须两只眼睛共同工作才行，只用一只眼睛是弄不准一件东西距我们多远的。不信，你可以来做一个小实验：
在桌子上立一只汽水瓶，瓶口上放一只乒乓球。蒙住自己的一只眼睛，从远处走过来，迅速地自上而下轻轻地去按一下这只乒乓球，看看你的动作是不是准确而又敏捷。连续试几次，你会发现，这件看去很简单的事竟不容易做好。
为什么用一只眼睛不能准确地判断一个东西的距离呢？因为两只眼睛同时看一件东西的时候，眼球会自动转动，迅速对准同一个目标，物体离我们眼睛越近，两只眼球就转动得越厉害。转动眼球时相关肌肉的紧张程度传到大脑中去，这种信息就是大脑计算距离的依据，再根据过去的经验做出距离的判断。这就叫做"双眼视觉"。如果只用一只眼睛就不能得到"双眼视觉"的效果。
"双眼视觉"要求两只眼睛能共同看见同一个东西，也就是要有共同观察的范围。人类的双眼共同观察的范围有124°，所以人在很大的范围内可以准确地判断距离。而兔子的双眼由于分得太远，在头前面共同观察的范围只有10°，这就不难理解，兔子为什么不能很好地估计树桩的距离了。老虎的双眼视觉要比兔子好得多，因为老虎是食肉动物，为了捕捉动物，必须要准确地判断距离。在长期的生物进化中，不同的动物形成各有特色的眼睛。
双眼视觉在人类的生活中是十分重要的，尤其是在进行精细复杂的工作时。又比如司机就必须有良好的双眼视觉。一只眼睛斜视或弱视的人不易准确地判断距离，这种人不适合做司机等工作。
乘坐激光旅行
激光器将光的能量会聚到狭窄的、集中的光束中--这就是激光如何能够蒸发器官或者使导弹过热的方式。这种会聚的能量还能够产生推力。
2003年，在位于亚拉巴马州的亨茨维尔的马歇尔空间飞行中心，美国国家航空和宇宙航行局的科学家通过使用激光照射的方法，使一架翼展1.5米的飞机升空。飞机装有光电能量管，它能将光转化为螺旋桨旋转所需的能量。
2003年9月18日，在位于亚拉巴马州的亨茨维尔的马歇尔空间飞行中心的一个停机坪里，一个激光器将光束持续照射在这架重量很轻的飞机上，提供能量以使它升空。(NASA／汤姆·奇达)这架飞机的重量不到1磅(约0.45千克)，只要激光维持对电池的不受干扰的照射，它就能够停留在空中。这项技术得到全面发展之后，就能够使不需要燃料的飞机无限制地飞行，而且还能够为乘客或装备提供更多的空间。第9章将会更加详细地讨论对光能的利用。
光推力也可以由爆炸产生。现在的大多数汽车和飞机依靠在内燃发动机里的燃料爆炸产生的力移动。燃料燃烧释放大量的能量，足以推动活塞或使涡轮转动。一束高能激光也可以用来加热和产生爆炸。使用激光产生爆炸的好处是燃料可以是廉价的，而且重量小，例如空气；能量来自于光，而不是燃料中的化学物质。重量在空间发射中是一个影响很大的因素，由于加速一枚沉重的火箭以及它的燃料，为了逃脱重力是需要代价的。任何重量的减少都是有益的。
位于佛蒙特的光飞行技术公司，已经在新墨西哥州的沙漠中实验了几种小型的光推进的飞机。陆基的二氧化碳激光器提供激光源，而飞机上的镜子组可以确定光束的路线，并将其会聚在燃料上。引擎产生推力的方式与传统的化学物质火箭相同--这是因为牛顿第三定律，它判定每个作用都会产生相等大小的反作用。由光的能量驱动，加热后的燃料从尾部喷出，飞船就会向前运动。
与科幻电影相反的是，激光--甚至是可见光波段的激光--不能在太空中看到(除非有特定强度和可见性的光束碰巧打到了观察者的眼中)。在空气中，工作在可见光谱的激光之所以能够看到，其中的原因和从窗户射进的光线是一样的：灰尘颗粒将一些光反射到了眼睛。在太空中几乎没有什么东西来反射光线，所以好莱坞电影中描述的幻想太空大战，其中有飞舞的激光束一艘接着一艘地摧毁战舰，然而这是不可能的。但是激光在太空中作为毁灭力量和推力工具的想法，并不是完全遥不可及的。
今天，激光能够发射至月球，并反射回来，并且能轻易地融化掉器官，来做角膜成型，或者在人的头发直径般粗细的光纤中传播。未来，这种令人惊讶的相干光源也许会推进飞机，甚至是火箭。
狮子为什么能从银幕中冲出来
如果我们把人类的眼睛和兔子的眼睛再比较一下，还会得到另一个结论：人的双眼看到的东西是立体的，而兔子看到的东西基本上是平面的。因为立体感的产生是靠两只眼睛共同观察一个物体的结果。
把一本厚书立在你的眼前，分别单独用两只眼睛观察这本书，也就是每次只用一只眼睛看。比较每次看到的样子，你会发现两次不一样。
只用一只右眼看的时候，会对右边多看见一点，而只用左眼看时会对左边多看见一点，这两个略微有点差别的图像同时传到大脑中，经过大脑的加工就综合成一个完整的有立体感的物像，使我们生活在一个立体的世界。
立体图像要比平面图像丰富有趣得多，看过立体电影的同学都知道这一点。当立体电影中的狮子朝着观众奔跑过来的时候，你会情不自禁地吓一跳，因为你会觉得这只狮子真的向自己冲过来了。电影银幕明明是平的，怎么会出现立体的形象呢？原理就是通过双眼视觉得到的一种感觉。为了弄清这个道理，让我们先从观察一种立体图片说起：
有一种立体图片，是由红绿两种颜色组成。仔细看，红线条的画面和绿线条的画面微微错开，使你觉得画面印刷质量不好，不清晰。这并不是印刷问题，而是按照人类的双眼视觉的特点特别制造出来的。观察这种图画，先要用硬纸片做一副眼镜，一个镜片用红色玻璃纸，另一个镜片用绿色玻璃纸。戴上这副一红一绿的眼镜再看这幅画，里面的东西就立起来了。原因是利用红、绿两种玻璃纸，能把重合的两幅图分开。透过红色玻璃纸看，红色线条变浅了，绿色线条变黑了，只能看清楚绿色线条；而另一只眼睛是透过绿色的玻璃纸，因此只能看清红色线条，红色线条变黑了。两只眼睛分别看到两幅稍稍有些差别的图画，能在大脑里形成一幅立体的图像，就像两只眼睛同时在看一件真实的东西一样，因此感到图片上的东西立起来了。
立体照片是用一种特殊的照相机拍摄出来的。最简单的办法是利用两架照相机仿照人的两只眼睛的距离(镜头之间相距6～7厘米)并排放置，同时拍摄一个景物，两架照相机得到的两张底片稍微有些差别，就像两只眼睛看到的一样。把两张底片分别用红绿两种颜色叠印在一张相纸上，就制成了一幅立体照片，再戴上一红一绿的眼镜一看，平面的照片也马上变成有立体感的照片了。
早期的立体电影也是这样制作的。两架摄影机同时拍摄一个场面，得到两份电影片，一份染成红色的，一份染成绿色的，同步放映在银幕上。看立体电影的观众须戴上一副红绿眼镜，就可以看到立体电影了。
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