同樣是白光,內容卻大不相同!用繞射光柵揭開太陽與螢光燈的秘密

我是 Science Trainer 桑子研。每天都是實驗日!

這次我們用「繞射光柵」來觀察白光,真的超有趣,想跟大家分享一下。平常看起來同樣都是白色的太陽光和日光燈,其實裡面包含的光成分完全不一樣。透過繞射光柵,我們就能偷偷看見光裡藏著的祕密(不過千萬不要直接盯著太陽看喔!)。

先來看看這段影片吧。

什麼是繞射光柵?

繞射光柵長這個樣子。它裝在觀察窗的位置,這片光柵每 1 公分竟然刻了 5000 條細紋。在網路上也能買得到。

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1 公分裡有 5000 條線,也就是說,每條線之間的距離只有 0.002 mm(2 微米)!當光照到這些極細的溝槽時,不同波長的光會以不同角度發生繞射(也就是光的「轉彎」現象),於是各種顏色就被分開了。

其實 CD 或 DVD 背面會閃出彩虹色,也是完全一樣的原理。這是從 Kenis 購入的分光器,光從右邊的狹縫進入後,會經過觀察窗上的繞射光柵分開,最後投影到左側。

把日光燈的光拆開來看——居然出現了一條條的線

首先我們來觀察日光燈。仔細看光帶的顏色,可以看到從右邊開始依序是藍色、淺藍色、綠色、橘色和紅色。

更值得注意的是,這些光是一條一條的線,而不是連續分布的。

這是因為日光燈內部封入的水銀等氣體,只會放出特定波長的光。不同種類的氣體,會發出不同波長的光,而這種現象就叫做「發射光譜(輝線光譜)」。

其實,科學家正是利用「每種氣體都有自己獨特光譜」這個特性,來研究宇宙中的星星成分。即使是從來沒去過的遙遠星球,人類也能透過分析光線,知道它是由什麼元素組成的。是不是很像科幻電影?

再來看看太陽光

接著我們來觀察太陽光。不過還是要再次提醒:絕對不要直接盯著太陽看!

這就是觀察結果。從左邊的藍色一路平滑地變化到右邊的紅色,看起來就像一道完整的彩虹。

和日光燈那種一條條的線不同,太陽光的各種顏色是自然連接在一起的。這種光譜叫做「連續光譜」。

也就是說,太陽光其實包含了各種不同波長的光。

下雨後會出現彩虹,也是因為空氣中的小水滴像稜鏡一樣,把太陽光拆成不同顏色。這次在繞射光柵裡看到的連續光譜,其實就是和彩虹同樣的現象。

如果你在學校學過繞射的條件公式,不妨試著思考看看:為什麼藍光會出現在內側,而紅光會跑到外側呢?

關鍵就在於「波長」和「繞射角」之間的關係。藍光波長較短,紅光波長較長——只要從這裡開始推理,答案應該就會慢慢浮現出來了!

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