关于光的行为的思考
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关于光的行为的思考
无论是漫射光还是法线光，我们通常都是通过反射来观察光线
作者匿名 2015年10月27日，星期二
在思考光的本质和颜色时，很自然会问：光以哪些方式表现其行为？光的基本行为类别的完整列表很可能包括：透射、吸收、反射、折射、衍射、散射、偏振和干涉。其中，仅需要前三种——透射、吸收和反射——就能解释所有照射到物体上的电磁能或光。
"拉达克措基加湖" 作者 Prabhu B - 依据 CC BY 2.0 授权，通过 Commons
被反射或透射的光线可能发生偏振，而透射光可能被散射或折射。任何既未反射也未透射的光都会被吸收，并在原子或分子层面增加材料的内热能。总而言之，光经历所有这些过程所发生的变化，造就了我们所能看到的一切。
作者原创作品，基于 Golden Press 1971 年出版的《光与颜色》中的插图
所有这些行为中最基本的大概是反射。作为一个如此关键的自然现象，描述光反射的定律却异常简单。
反射定律
- 反射角等于入射角。
- 入射光线和反射光线位于同一平面内。
- 入射光线和反射光线位于通过入射点并垂直于反射面的法线两侧。
"反射角"。依据 CC BY-SA 3.0 授权，通过 Commons
在微观层面，所有反射都是规则反射（或称镜面反射），这意味着可以明显观察到反射光遵循这些定律。在日常的宏观世界中，规则反射只能在镜面般的表面上被感知到。对于规则反射，人们看到的不是光线所反射的物体本身（如抛光镜子的表面），而是被该表面反射的物体。平面镜会反转其反射的场景，左侧的物体在镜像中出现在右侧，并且所有物体看起来都像是在镜面后方，其距离与它们在镜面前方的实际距离相等。
"镜子" 作者 Cgs - English Wikipedia - 依据 CC BY-SA 3.0 授权，通过 Commons
镜子之所以能产生几乎完全规则的反射，是因为其表面光滑且高度抛光。粗糙的表面会为光线提供许多不同的微小入射角进行反射，因此在宏观上，整体反射将是漫反射。可见光的波长平均约为 500 纳米，相比之下，大多数表面确实是粗糙的，因此会进行漫反射。一个相对光滑的表面，例如湿漉漉的路面，可以同时表现出规则反射和漫反射，其比例会随着入射光角度的变化而变化。
"漫反射" 作者 Theresa Knott，发布于英语维基百科。 - 依据 CC BY-SA 3.0 授权，通过 Commons
光线照射到物体上会发生什么，实际上取决于该物体的构成材料。抛光的金属几乎反射所有照射到它上面的光，吸收一小部分，而几乎不透过任何光。像黑色防水布这样的物体之所以看起来暗，是因为它吸收了大部分照射其上的光。大多数材料在反射、透射和吸收不同波长的光时表现出一定的选择性。金反射红色和黄色波长的光比反射蓝色光更强烈。银倾向于同等程度地反射所有波长的光，使其看起来几乎是白色。一块紫色布料会反射蓝色和红色波长的光，但吸收绿光。任何物体固有的颜色几乎总是源于其构成材料的选择性反射和吸收特性。
"金晶体" 作者 Alchemist-hp - 依据 CC BY-SA 3.0 授权，通过 Commons
遥感并不仅仅是通过轨道平台上的高端传感器进行的。我们观看事物时，就在进行遥感。为了用眼睛感知一个非发光物体，至少需要有一部分光从该物体上反射出来。尽管这个概念非常基础，但把它作为思考光如何行为的起点，也并无不妥。