第4章
热射线

在光谱上位于红光之后的光虽然不可见，但是它对我们来说非常重要。首先，千万不要人云亦云，把红外线和热量当成一回事。这不怪我们，因为大家都管浴室里深红色的大灯叫加热灯。在乍暖还寒的4月下午，有人可能会说浑身“感受到了太阳的热量”。以上说法都不准确。人们在这两种情况下感受到的其实都是红外线。

红外线不是热量，红外线产生热量。它们是两种截然不同的东西。现在，你可能是你们街坊四邻当中唯一明白这一点的人了。

红外线是如何产生热量的呢？我们可以认为红外线是波长为1毫米的不可见光，和其他形式的光一样，它也是由电子的运动产生的。另一方面，热量就是原子运动的结果，也就是微小粒子移动和振动的结果。当光以刚刚好的频率通过特定的点时，那个点上的原子就能从光中获得不少动力。如果有足够的光照射在物体上，那么这个物体所有的原子都会振动起来，于是就产生了热量。

正如赫歇尔发现的那样，阳光中的可见光也能够让原子振动起来，产生热量。但是，如果波长太短、频率太高的话，它们就几乎不会对原子的位移造成影响，这就是为什么绿光（还有蓝光和紫光）不会使物体发热。相比之下，红光的加热效果更好，而看不见的红外线加热效率最高。

假设你坐在一辆静止的车里，可见光透过玻璃照射进来。其中一些光能轻微地晃动仪表板、车内装饰，以及其他各处的原子。每个振动的原子都会以红外线的形式产生并释放一些动能，所以车内的红外线会变得越来越多。令人惊奇的是：玻璃对可见光来说是透明的（这好像是句废话），对于红外线却恰恰相反。这是因为玻璃中原子的振动频率与红外线的频率相近，二者在共振中形成了一道混沌的屏障，红外线因而无法向车外逃逸。可见光可以穿过玻璃照进车内，但是红外线却被困在其中，车窗玻璃仿佛成了红外线的牢笼。于是，车内的温度变得越来越高。因此，在阳光灿烂的日子，我们不能将任何活物留在封闭的汽车里。

这也是温室被称为暖房的原因，温室就是玻璃做的。我们让光照进来，又保证热量不会流失。

当你感受到“太阳的温暖”时，实际上是你皮肤中的原子振动得更剧烈了。阳光中的红外线引起了原子的加速运动，但是你无法感觉到它。阳光中有一半以上都是红外线，其中很大一部分被地球大气层所吸收，所以太阳温暖了你的皮肤、大地，以及它所接触到的一切。当它照射大地时，地面会迅速升温，而且会反过来加热地面附近的空气。热空气会不断上升，形成上升的热空气团。这种情况通常出现在4月下旬到8月下旬天气晴朗的上午九至十点钟。热空气上升到一定高度，便会以每升高305米下降2.8摄氏度的速率冷却。因为冷空气能够容纳的水蒸气没有热空气那么多，所以当热空气上升达到某一高度时，水就由透明气体变成了液体，也就是说，水蒸气会突然凝结成无数的小水滴，形成云。每立方米的云中大约含有5克水。难怪在大雾中穿行时，人们会有云中漫步的感觉，周围潮湿得不得了。

云层所在的高度其实就是上升的空气遇冷达到露点时的高度，水就在那里由气体变成了液体。在空气湿度较大的夏季，这个高度通常为1219米。而在气候干燥的蒙大拿州，这个高度差不多能达到2743千米。所以，红外线也会对天气产生影响。

红外线与热量的另一个不同之处在于，后者的传播速度相当慢，而红外线是以光速传播的。记住，热量是原子运动产生的。如果你在炉子上放一口煎锅，点着炉火，那么随着温度升高，锅底的金属原子会振动得越发剧烈。但是，锅柄处的原子仍然是凉的，即使锅里的黄油熔化了，可以煎鸡蛋了，你依然能在一段时间里放心地握着锅柄。热量总是沿着单一方向进行传递，从温度高的区域向温度低的区域扩散，也就是说，高速运动的原子的动能会影响附近其他更稳定的原子，使它们也振动得更快，所以锅柄最终也会变热。这种振动就像多米诺效应一样从金属开始传递，直到锅柄也烫得无法触碰。只不过这需要一些时间。

我们接着说红外线吧。重申一遍，红外线是以光速传播的。假设你和朋友坐在篝火旁，即使距离很远，你也能感觉到火光照在脸上暖暖的。实际上，这是因为你接收到了火焰发出的红外线，它使你皮肤的原子运动得更快了。然而，如果有个身材高大的人站在你前面挡住了火光，那么你会立刻感觉到变化。面前这个家伙投下了一道阴影，挡住了红外线，而你就在阴影中，你之前感觉到的红外线消失了。

哪里有热量，哪里就有红外线，对警察、军队和天气预报员来说，这是个不错的消息。红外线能让原子振动，而原子振动产生的能量又会释放出新的红外线光子。除了在炎热的夏天，人的体温在任何情况下都比环境温度高，你身上振动的原子会发出红外线，在红外线传感器面前你将无处藏身。这种仪器还可以检测各种作物（比如大麻），因为每种植物都有精确的特征温度。另外，红外传感卫星能够根据云层顶部和底部的温度差来确定云的高度。

这种卫星还能够精确定位洋流，尤其是活动比较剧烈的洋流，例如沿着南美洲西海岸向北部延伸的秘鲁寒流。

和可见光相比，红外线更容易绕开障碍物，它可以被应用于无线电话和耳机。此外，几十年来，红外线一直被用来控制车库的大门，只要向装置中的红外探测器发送红外线，电机就会开始运转，打开车门。医学红外成像技术则是非常有用的诊断工具，这里利用了肿瘤通常比其周围组织温度更高的特点。红外摄像机能够非常有效地探测火情，因为它可以监测建筑物中的热量变化，还可以测试电子防火系统。

红外线最棒的一点在于，它对人体无害，这也是它区别于我们即将介绍的其他不可见光的重要方面。红外线不会致癌，它的加热功能不会对人的生命构成威胁。感冒发烧的时候，你全身的原子都运动得比平时快，相当于每小时超速4.8千米。你可以告诉医生，如此高速的运动令你十分不舒服，他可能会给你开些泰诺，然后说：“吃点药，让它们减减速。”重要的是，原子运动稍微快一点并不会对你造成太大伤害。（当然也有例外情况，曾经有人和宠物死于中暑。）

但是，相比波长更短、频率更高的光（比如我们很快就会介绍到的γ射线和X射线，它们就会对人体造成严重的伤害），长波光线（例如红外线）要温和得多。红外线不仅人畜无害，还能让你觉得浑身暖洋洋的，因为它能产生热量。对于红外线带来的舒适和便利，我们要心存感激。

好啦，虽然从技术角度来说，这种称呼不够准确，但你还是可以管浴室里的大灯叫加热灯，反正你已经知道了事实的真相。 q3IfAWt6ms1CixeMkSjahnAaHaVrTt63YA0uTogketgMbKFhIkpENfJrIrPqpt4x