[知識列車:光之旅 – 活動側寫] @屏東女中:陳義裕教授分享「寄神奇於平凡中的光」

演講側寫
時間:2015.06.06
地點:國立屏東女中 圖書館地下一樓活動中心
講者:國立台灣大學物理學系 陳義裕教授
側寫者:林詩耘

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在六月的盛夏裡,知識列車緩緩地駛進了屏東女中。隨著陳義裕教授的演講,展開了一次關於光、關於科學的旅行。整場演講就像光的流動一樣,教授以平穩的語調,把光的神奇順暢地呈現在我們面前,從介紹光線的幾種簡單現象,到光應用於生活上的小實驗,都讓大家對光有更不一樣的認識,了解到平常看似不起眼的光線,在微觀的世界裡的變動是那麼的微妙,亦如這次演講的主題──寓神奇於平凡中的光。

圖片1感謝陳義裕老師提供投影片並特製解說動畫

演講的一開始便是介紹彩虹的形成,教授用簡單易懂的動畫,模擬出太陽光射入水滴的情況。透過太陽光兩次的折射以及一次的反射,以及不同色光最大傾斜角不同的原因,造成七彩的彩虹以及圓弧的形狀。而同時兩道彩虹的形成,是因為除了太陽光的照射外,還有從水面反射出的太陽光,兩道光線的作用,造成此種現象。至於斷開的彩虹,是因為鹽水以及淡水的折射率不同所造成的現象。水滴形狀的不同,也會造成偏折的角度不同,而讓另一道彩虹懸浮在彩虹上方。把上述這些彩虹形成的原理應用在電腦模擬上,便能從中反推當時的大氣狀況。

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但幾何光學不僅僅是這樣而已,它還能延伸出很多好玩的現象,例如隱形斗篷的原理。教授也自己拍攝簡短的影片,來印證這個現象。只要插入的物體沒有擋住真實的光線,就不會成像在透鏡的另一側,而在視覺上有隱形的效果。折射的原理大家都懂,但如何從這些老掉牙的學問裡翻新出一些不一樣的東西,才是科學迷人的地方,也是教授在演講裡特別強調的觀念。

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接著介紹的是光的散射,當光經過不均勻的空氣分子時,就會產生這種現象。平常我們不易看見雷射光的光束,只能看見光點,但只要增加介質中的不均勻性,就能輕易地看見光束。教授也現場做實驗給我們看,在純水裡加入一滴牛奶,增加水的混濁度,雷射光的光束便顯而易見。而這個實驗也讓大家驚呼連連,原來介質那麼微小的變化,卻能讓光束有這麼大的改變。

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光的性質也可以解釋在自然界中現象,而散射便形成藍天和紅霞,太陽光中頻率高的藍光容易被空氣分子散射,形成我們所看見的藍天,而紅光不易被散射形成紅霞。至於水的藍色,是因為液態水分子中的0-H鍵振動時會吸收紅光,造成在視覺上呈現為藍色,此現象在冰晶中更是明顯。讓我們了解,很多自然現象的形成,其實都和光學息息相關

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此外,光也有偏振的性質,液晶顯示器便是用這個原理來控制明暗,透過電場的變化來影響光線的亮度。教授也準備了一個小魔術來讓我們一窺偏振性的奧妙,在LCD以及偏振片中插入薄面紙,會發現物體的亮度會因為薄面紙內散亂的纖維攪局而有所改變。教授在課堂中穿插簡而易懂的實驗,讓我們對光的偏振所造成的影響,有更深刻的印象。

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最後介紹的,便是光的繞射透過晶體散射出的斑紋,就能反推出此種晶體的結構運用在晶體的判別上具有很高的實用性。教授當場也用雷射光照射晶體,讓我們看到經過光的繞射後,光點斑紋的變化。

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以彩虹為開場,教授循序漸進的帶領我們更認識散射、偏振、以及繞射,完成了一次難得的光之旅。在演講中更用許多簡單的實驗,讓我們不僅能驗證理論,更能讓我們知道其實光學、科學無所不在,生活中唾手可得的現象、實驗,都是光學的表現。然後運用這些舊有的理論,激發出其他新的想法、新的應用,才是科學如此有趣的原因。在陳教授身上,看見了他對科學的態度以及熱誠,精心安排的課程、淺顯的講解,讓我們知道每道平凡的光的背後,都有它不平凡、神奇的一面。

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