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你知道吗--现代科学中的100个问题-第16部分
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第71节
假定我们从空间中很远的地方，拍下一部地球绕太阳运转的电影，然后把它放映得很快，使我们可以看到地球似乎在沿着它的轨道骨碌骨碌地转动着。再假定我们先把这部影片顺着从头到尾放映一遍，然后又倒过来从尾到头放映一遍。那时，我们能够说出哪一种放映法正好看起来同地球在运动的时候一样吗？
你也许会说，从太阳的北极上方往下看，地球是逆时针方向绕着太阳转的。如果看起来地球是在顺时针方向运转，那么，我们就知道影片是在倒过来放映，因而时间是在向后退。
但是，如果你这时是从太阳南极的上方去观察地球绕太阳的运动，地球就会是顺时针方向绕着太阳运动。这样一来，如果你看到的是顺时针方向的运动，你怎样知道你是在太阳北极上方看到时间在往后退，还是在太阳南极的上方看到时间在向前进呢？
你是无法回答这个问题的。就是在只牵涉到很少几个物体的、非常简单的过程中，也不可能说出时间到底是在前进还是在后退。对于这两种情形，自然规律都是同样成立的。如果你所考虑的是亚原子粒子，情况也是这样。
大家全都知道，沿着某一弯曲的路径随着向前推移的时间而运动的电子，可以看成沿着同一弯曲的路径随着向后推移的时间而运动的正电子。如果你所考虑的仅仅是那个粒子，那么，你就不可能确定其中哪一种说法是正确的。
在你无法说出时间究竟是在前进还是在后退的那些非常简单的过程中，熵是不改变的（或者是改变得非常少，因而可以略去不计）。但是，在牵涉到许多粒子的一般过程中，熵总是会增大，换句话说，无序程度总是会增大。一个跳水运动员跳入游泳池而溅起大量水花，一个花瓶掉在地上面碎成片片，许多树叶从树上掉落而散布在地面上——所有这些和我们周围所发生的其他事情，我们都可以证明它们是会使熵增大的。我们习惯于看到熵在增大，并且往往用熵的增大来说明一切都在正常地进行，说明我们在时间中正在向前推进。要是我们突然看到熵在减小，那么，我们唯一能做出的解释就是：我们正在时间中往后退。
例如，假定我们正在看一部由日常生活构成的影片。倘若我们看到了溅起的水滴汇集在一起，而跳水运动员从水里向上升到跳板上；倘若我们看到花瓶的碎片凑成花瓶并通过空气跳回桌子上原来的地方；倘若我们看到地上的落叶自己集中起来并飞回树上各个枝枝桠桠上，那么，由于这一切都表明熵降低了，所以我们就知道，这一切完全同事物的正常次序相反，而那个影片肯定是倒过来放映的。事实上，当时间颠倒过来的时候，各种事件会变得那么古怪，因此，那种场面会使我们发笑。
由于这个缘故，熵有时也被称为“时间的箭头”，因为它的稳步上升可以作为时间的“前进方向”的标志。不过，如果物体中的全部原子都正好以同样的方式运动，那么，所有这些颠倒的事情就是可能发生的。但发生这种事情的机会是如此之小，所以我们完全可以把这种可能性略去不计。
第72节
关于这个问题，我们所能给出的最可靠的答案是：谁也不知道。就我们所知道的情况而论，我们只能够说，一切变化都朝着熵增大的方向、朝着无序程度增大的方向、朝着无规性升高的方向、朝着衰老的方向进行。然而，宇宙曾经一度占有一个很高的地位，才能使它在几亿亿年里一直这样衰亡下来。但是，它是怎样达到那样高的地位的呢？
我能够想出三个可能的答案，这三个答案都仅仅是猜测而已。
（1）宇宙中所产生的各种各样的事物，我们并不全都知道。我们所观察到的变化，确实全部是朝着熵增大的方向进行的。不过，也许在宇宙的某些地方，可能有一些变化在我们还无法进行研究的条件下，是朝着熵减小的方向进行的。在这种情况下，宇宙作为一个整体，就有可能一直维持下去了。这就是说，我们所能观察到的、似乎在衰亡的，只是宇宙的一小部分，而在其他地方却在发生着可以抵消这种衰亡的上升运动。
（2）假定宇宙在任何地方都没有发生熵减小的情况，因而它一直衰亡下去。在熵达到最大值时，宇宙中的所有能量全部均匀分布，因而时间就既不会向未来，也不会向过去推进，但是，所有能量都仍然存在，而宇宙中的所有原子全都占有这些能量的一部分，所以它们会进行无规运动。
这样一来，通过这种完全无规则的运动，可能有一定数量的能量偶尔集中在宇宙的某一部分，也就是说，通过无规运动，又一次产生了一定的秩序。不过，一旦发生了这种情况，那一部分宇宙就会再一次开始衰亡。
很可能，熵达到最大值是巨大的无限宇宙的正常状况，要经过很久很久的时间（这是指我们通常的时间尺度）才发生一次能量集中，并且每一次又只有很小一部分宇宙获得某种秩序，而我们现在就恰好处在这样一小部分宇宙中。
（3）也许，宇宙中的熵似乎在不断增大的唯一原因，只不过是由于目前宇宙碰巧在膨胀着。在这种条件下，比较可能实现的只能是无序排列，而不是有序排列。
有些天文学家认为宇宙不会永远膨胀下去。最初的一次爆炸使得它四分五裂，但是，宇宙各个部分之间通过万有引力互相吸引，可能会逐渐降低它的膨胀速率，可能让它的膨胀停止下来，然后还可能缓慢地迫使它重新开始收缩。而在收缩着的宇宙中，很可能是比较有序的排列会变得比无序排列更容易实现。这就是说，那时的自然变化将朝着有序程度比较高的方向进行，因而熵就会不断减小。
如果情况真的是这样，那么，当宇宙膨胀时，它就会不断衰老，而当它收缩时，它就会再一次复兴，并且，它可以没完没了地一次又一次这样反复进行下去。
如果我们考虑到“黑洞”的话，就甚至还可以把第一个猜测与第三个猜测结合起来。黑洞是质量极其集中、引力极其强大的区域，因此，每一种东西都会落入黑洞中去，没有任何东西——甚至包括光在内——能够从黑洞中跑出来。它们是收缩宇宙的一个极小的样板；也许，在这些黑洞里，热力学第二定律被颠倒过来了。因而尽管宇宙的大多数区域是在衰亡，但在黑洞里却在逐渐复兴呢。
第73节
无线电波是光波的亲属，它们的差别主要是波长不一样：无线电波的波长比光波长得多。
存在着很大一族波长各不相同的波，这就是所谓电磁波谱。这个波谱一般划分为七个区域，这七个区域按照波长从长到短的次序是：（1）无线电波，（2）微波，（3）红外线，（4）可见光，（5）紫外线，（6）X射线，（7）γ射线。
地球的大气只对可见光和微波才是相当透明的。电磁波谱的其他部分远在它们能够通过空气之前，就几乎全部被吸收掉了。因此，如果我们从地面观察天空，就只有可见光和微波才有用处。
由于人类一直有一双眼睛，所以从一开始就一直利用可见光去观察天空。直到1931年，才有位美国工程师扬斯基最先发现他探测到的，是从天体发射来的微波。因为微波有时被看作非常短的无线电波（射电波），所以天文观察的这个分支部门就称为“射电天文学”。
有些能够靠它们发射的微波被探测到的天体，并不发射出多少可见光。换句话说，有些射电源是我们的视力所看不见的。
可是，人类一旦跑到大气层以外去进行观察，整个电磁波谱就都能用来进行研究了。火箭上的观察清楚地表明，各种天体用各种各样的辐射在轰击着地球。对这些辐射进行研究，就会大大增进我们对宇宙的了解。
例如，天空有一些区域在发射着紫外线，而且数量相当可观。猎户座星云就是一个紫外线源，一等星室女座α星周围的区域也是这样。为什么在这些区域中紫外线会如此大量地产生，这个原因人们至今还不知道。
更为神秘费解的是这样一个事实：人们已经发现，天空中有许多斑点是丰富的X射线源。要能够发射出X射线，物体必须热到难以置信的程度——达到一百万度以上。任何一颗普通恒星的表面都不会达到这样的温度。但是，有一种中子星，这种恒星中的物质挤压得非常致密，结果，它把像太阳那样大的天体的全部质量都挤在一个直径只有约16公里的大球内。这种中子星和其他一些奇异的天体可能发射出X射线。
在天文学家能够在大气层以外建立永久性的天文台以前，他们大概是不能够对从空间来到我们这里的各种辐射进行彻底研究的。
月球由于没有大气层，将是建立这样的天文台的理想地点。建立这种天文台和用这种办法大大扩展我们对宇宙的了解的可能性，是最吸引我们努力去研究月球和想在月球上建立居民点的原因。
第74节
任何一个物体，只要它的能量比绝对零度高一些，就会辐射出电磁波。如果它的温度非常低，它就只辐射出波长很长、能量非常低的无线电波。随着温度的上升，它所辐射出的这种波就越来越多，但同时也开始辐射出波长比较短（能量比较高）的无线电波。当温度继续升高时，就开始辐射出能量还要更高的微波，然后就是红外线了。
这并不等于说，在某一温度下只辐射出长波无线电波，而在某一较高的温度下只辐射出短波无线电波，然后只辐射微波，以后又只辐射红外线。实际上，整个辐射波长范围都被辐射出来了。不过，存在着一个辐射的峰值——辐射量最大的波长区；在这个峰值的两侧，辐射量都比较小：在低能量的一侧辐射量比峰值少；而在高能的一侧则更少。╥米╥花╥书╥库╥ ；www。7mihua。com
当物体的温度达到人的体温（37℃）时，辐射的峰值处在远红外区域。人体同样也在发射着无线电波，但是，波长最短、能量最高的波长总是最容易探测到的，因而也是最引人注目的。
一旦温度达到600℃左右，辐射的峰值就处在近红外区域了。不过，这时在峰值高能一侧的小量辐射已经变得特别重要了，因为这些辐射已进入可以看到的红光区域。因此，被加热的物体就会发出暗红色的光。
这种红光在总的辐射量中只占很小的百分比，但是，我们碰巧能够看到它，因而就把全部注意力都集中在这种红光上，并且说那个物体是“红热”了。
当温度再上升时，辐射的峰值继续向波长更短的方向移动，因而就发出数量越来越多、波长越来越短的可见光。这时尽管辐射出的红光更多了，但辐射中又添进了数量不多却很重要的橙光和黄光。当达到1；000℃的时候，这些色光的混合使我们的眼睛产生橙光的印象，而到2；000℃的时候，则产生黄光的印象。这并不等于说，在1；000℃时只辐射出橙光，在2；000℃时只辐射出黄光。要是这样的话，接下去我们确实就会看到“青热”的情形了。但是我们所看到的其实是各种色光的混合。
当温度达到6；000℃（即太阳的表面温度）时，辐射的峰值处在可见的黄光区域内，这时我们看到了大量的可见光——从紫光到红光统统都有。这整个可见光区使我们的眼睛产生白光的印象，结果，太阳就成为“白热”了。
当物体比太阳还要更热时，它继续辐射出各种波长的可见光，并且数量还要更多一些。不过，这时辐射的峰值已移到蓝光区域，因此，我们的眼睛会觉得这些色光的混合不很平衡，在白光中还带点蓝色。
以上所说的是那些被加热时能以很宽的波长范围发出“连续谱”辐射光的物体的情形。有些物质在特定条件下只能辐射出某些波长的光，硝酸钡在被加热时会辐射出绿光，因而在礼花中利用它来达到发绿光的效果。如果你愿意的话，你不妨管这叫做“青热”。
第75节
光可以看作是由一些微小的波构成的。这些波可以在任何一个平面上振动。在一个特定的光束中，有些波可以上下振动，有些波左右振动，有些波则沿对角方向振动。它们的振动方向可能均匀地分布在所有各个方向上，没有一个振动平面占优势或者在光波中比其他平面占有更大的份额——普通的太阳光或电灯泡的光都是这样。
可是，现在让我们设想光穿过一块透明的晶体。晶体是由排成规整的行列和平面的原子或原子团构成的。因此，光波会发现，当它的振动平面恰巧能塞进两个原子平面之间时，它就很容易通过这块晶体。要是它的振动平面与原子的平面成一个角度，它就会撞在原子上，因此，光波就要消耗很多能量方能继续振动下去。这样的光会局部或全部被吸收掉。。tenluo
你可以用下面的办法想到这是一种什么景象：试想像你把一根绳子的一头拴在邻居院子里的树上，另一头拿在你手里。再假定绳子是从篱笆的两根竹子的正当中穿过去的。好了，如果你现在拿绳子上下波动，这些波就会从两根竹子之间通过，并从你的手传到那棵树上。这时，那座篱笆对你的波来说是“透明的”。但是，要是你让绳子左右波动，绳子就会撞在两根竹子上，波就不会通过篱笆了。
有些晶体能够强迫光波把所有能量分成两束分离的光线。这时振动平面就不再均匀分布了。在其中的一个光束中，所有的波都在一个特定的平面上振动；而在另一个光束中，所有的波都在与第一束光的平面成直角的平面上振动：不可能出现任何对角方向的振动。
当光波被迫在某一特定的平面上振动时，我们就说这样的光是“面偏振光”，或简单地称它为“偏振光”。而朝着所有各个方向振动的普通光都是“非偏振光”。西方国家把偏振光称为“极化光”。
为什么叫做“极化光”呢？当这种现象在1908年第一次定名时，那个发明这个名称的法国工程师马吕斯关于光的本性有一个错误的理论。他认为，光是由一些像磁铁那样有南北极的粒子组成的。他想，那种从晶体中穿过的光，可能是南北极的方向全部相同。这种想法后来被证明是错的，但那个名称却已被人们牢牢地记住，无法再改变了。
当一块晶体产生偏振平面各不相同的两束光时，这两束光具有稍稍不同的性质。它们在通过晶体时所受到的偏折的大小可能不一样。因此，我们可以想法设计出一块晶体，让它把一束光完全反射掉，而只让另一束光全部通过它。
在利用某些晶体时只有一束光能通过，是因为另一束光被吸收掉而转化为热。偏振眼镜片（它是在塑料中嵌入许多细小的这类晶体）就是以上述方式吸收掉许多光，由于这种镜片着色，吸收掉的光就更多了。这种镜片就是这样消除眩目的强光的。
当偏振光通过含有某种不对称分子的溶液时，它的振动平面会被扭转一个角度。化学家根据这种扭转的方向和角度的大小，就能够对这种分子的真实结构做出许多推断，特别是对于有机化合物
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