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2022 年 12 月 27 日 星期 放大 缩小 默认  
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光竟然也可以复制粘贴

  光是光源向外散射能量的一种方式,物体受热以后就会发出辐射,温度越高辐射的频率就越高,当温度高到一定程度的时候发出的就是可见光。太阳的热核反应就是不断地造成原子核周围电子的跃迁,光就源源不断地发出来。但对我们而言,如此抽象而又虚幻的光,又如何能被复制粘贴呢?物理学家加布里埃尔·李普曼的想法让我们看到了希望。

  肥皂泡与彩色照片

  “其实背后的原理跟肥皂泡呈现色彩是一模一样的!”著名法国物理学家加布里埃尔·李普曼在诺贝尔奖颁奖典礼上说道。

  1802年,“光微粒说”已经流行了200年,人们普遍认为光是由球形微粒聚集而成。而通过托马斯·杨的双缝干涉实验,人们看到光呈现出了“波”的性质,于是对“光微粒说”产生了质疑,光的“波动学说”就此兴起。

  其实二者都能说明和解释光的一些行为和性质,所以现代光学发展出我们熟悉的“波粒二象性”。

  光作为波,具有种种特性:光波相遇会发生叠加与抵消,这种现象叫作干涉。在叠加与抵消的部分发生强度的重新分配,反映在光波上就形成了亮度的重新分布,出现了明暗相间的干涉条纹。

  阳光下的肥皂泡之所以五颜六色,是由于薄膜干涉与选择性反射。本来沿直线传播的光在穿过气泡薄膜时发生折射和反射,改变了传播方向,进而光波之间发生干涉。

  由于白光中不同波长的光的折射率不同,光波被分散。不同的波长反映到我们人类的感知就是不同的色彩,有些颜色的光波叠加而亮度增强,色彩看起来更明显;有一些抵消减弱,色彩就会暗淡。反映到我们眼中,就呈现出富有颜色变化的“七彩泡泡”。

  复刻的光

  李普曼首先改造了成像底片。将平整光滑的薄玻璃板、感光乳液和水银底板依次层层叠放,将镜头对准玻璃板,而传统摄影的感光乳液则在玻璃板的前方,直面镜头。

  当光线穿过玻璃和感光乳液到达水银后,水银像镜子一样,将光反射回来,和入射光波叠加,产生干涉。进行曝光时,感光乳剂发生反应,将干涉条纹“印刻”在玻璃上,这些干涉条纹实际上就是被拍摄物体的颜色信息,此刻的玻璃板充满了人眼无法察觉的条纹沟壑,其实就是被凝固了的肥皂泡膜。

  当需要观看照片的时候,先将沾有感光乳液的玻璃底片进行冲洗,将没有感光乳剂的背面涂黑,再用白光由正面从特定的角度照射银版(也可以在自然光下与其呈一定角度摆放),干涉条纹的沟壑就反射了相应波长的光波,不同色彩便显现出来。

  干涉条纹实际上就可以看作是模具上本体的“负形”轮廓,观看照片时用的白光就相当于复制模型用的材料,我们看到的色彩其实是“复刻”的光。

  在获得诺贝尔奖之后不久,李普曼发表了一篇论文,提出了一种实现立体观感照片的方法。这次,他要升级改造的是19世纪中欧洲出现的“立体眼镜”,利用左右眼视差而制成的视错觉娱乐装置。李普曼这个想法是最古早的裸眼3D解决方案。

  虽然没有机会实现他所预想的成果,但他的这套方案却启发了后人,最终发展成了具有一定立体动态观感的“光栅立体图像”。

  全息启蒙

  李普曼在天文、计时、测量等领域均有突出贡献。除了发明和科研,李普曼在科学教育方面也颇有成就,双料诺贝尔第一人——居里夫人,就是他的博士生。

  由于曝光时间过长,观看不便以及不易复制,李普曼的彩色摄影法没有被广泛利用和发展,他的思路却被后代的科学家学习借鉴,在现代干涉成像及光学存储领域,都有一定影响。

  而对于我们经常听到的“全息”技术来说,李普曼的这套理论和方法则是“祖师爷”一般的存在。“全息之父”丹尼斯·加博尔受到他的启发,提出了“全息”的基本理论及全息成像的基本方法。在他之后,苏联科学家尤里·丹尼苏克则更直接地利用李普曼的思路,更进一步地发明了“白光全息”。为了致敬李普曼,这种全息技术也叫作“李普曼全息”。

  (本报综合)

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