地 協助 我 製造出 一 道 彩虹 。 （ 照片 提供 ： 華爾達‧盧文 ） 在 新 墨西哥州 超大 陣列 無線電 天文 觀測站 的 上空 拍攝到 的 雙重 彩虹 。 請 注意 ， 紅色 出現 在 主要 彩虹 的 最 外側 ， 但 它 卻 是 出現 在 次要 彩虹 的 最 內側 。 而且 ， 主要 彩虹 內側 的 天空 比 外側 亮 得多 ， 但 次要 彩虹 卻 是 外側 的 天空 比 內側 來得 亮 。 兩 道 彩虹 之間 非常 暗 的 區域 被 稱為 「 亞歷山大 暗帶 」 。 （ 照片 提供 ： 塔夫茲 大學 的 Kenneth R . Lang 與 華盛頓州 貝特勒 觀測站 的 Douglas Johnson ） 在 阿拉斯加 的 派克峰 附近 所 拍攝到 的 一 道 白虹 。 請 注意 位在 白虹 內側 那 道 顏色 較 深 的 複虹 暗帶 。 （ 照片 提供 ：Wojtek Rychlik ） ▼ 這 是 我 從 飛機 上 拍攝到 的 ， 環繞 著 飛機 影子 的 光環 。 我 的 座位 （ 在 機翼 正 後方 ） 就 位於 光環 中央 。 （ 照片 提供 ： 華爾達‧盧文 ） 在 麻薩諸塞州 的 迪可都琺 美術館 外頭 所 拍攝到 ， 環繞 在 我 影子 周圍 的 玻璃虹 。 這 張 照片 被 NASA 選為 2004年 9月 13日 當天 的 「 本 日 天文 神祕 照片 」 。 （ 照片 提供 ： 華爾達‧盧文 ） 位於 俄國 高加索 山區 的 BTA 望遠鏡 ， 就 要 被 上升 的 霧牆 遮蔽 了 。 （ 照片 提供 ： 華爾達‧盧文 ） 當 濃霧 逼近 我們 時 （ 它 準時 到達 ） ， 太陽 還 在 天空 中 ， 而 這 就 是 我 所 拍到 的 「 聖華爾達 像 」 。 （ 照片 提供 ： 華爾達‧盧文 ） 的 一 個 原因 ） 。 你 可以 在 下面 的 網址 看到 我 在 課堂 上 的 美妙 示範 。 http://ocw.mit.edu/courses/physics/8-03-physics-iii-vibrations-and-waves-fall-2004/video-lectures/lecture-22 / 。 彩虹 之外 彩虹 是 我們 最 熟悉 也 是 色彩 最 豐富 的 大氣 現象 ， 但是 它 並非 絕無僅有 。 在 它 之外 還 有 一 大 堆 大氣 現象 ， 其中 有 些 非常 奇特 而且 令 人 驚嘆 ， 另 一些 則 相當 奧祕 。 但是 ， 且 讓 我們 再 繼續 討論 一下 彩虹 ， 看看 它 還 能 讓 我們 學到 什麼 新 東西 。 當 你 仔細 注視 一 道 非常 明亮 的 彩虹 ， 有時候 你 可以 在 它 的 內圈 看到 由 明亮 與 幽暗 的 色帶 交錯 而 成 的 區域 ， 它們 被 稱為 「 複虹 」 （ supernumerary bows ） 。 你 可以 在 本 書 的 第145 頁 中 看到 一 張 複虹 照片 。 要 說明 這 點 ， 我們 必須 放棄 牛頓 對 光線 的 解釋 。 牛頓 認為 光 是 由 粒子 構成 的 ， 所以 當 他 想像 個別 的 光線 射入 雨滴 ， 在 裡面 反彈 ， 然後 再 射出 雨滴 時 ， 他 是 假設 這些 光線 的 行為 就 像 微小 的 粒子 一樣 。 但是 為了 解釋 複虹 ， 我們 需要 把 光 想像成 是 由 波 所 構成 。 而且 ， 為了 形成 複虹 ， 光波 必須 穿過 一些 非常 微小 、 直徑 小於 一 公釐 的 雨滴 。 「 雙狹縫 實驗 」 （ double slit experiment ） 是 物理 所有 的 領域 中 最 重要 的 實驗 之 一 。 它 證明 了 光 是 由 波 所 構成 。 這 個 在 1801 到 1803年 間 由 英國 科學家 楊格 （ Thomas Young ） 所 做 的 實驗 中 ， 他 把 一 道 狹窄 的 光束 分成 兩 道 ， 然後 在 屏幕 上 觀察到 一 種 圖案 （ 兩 道 光 的 合成 ） ， 而 只有 把 光 想成 是 波動 ， 才 有 辦法 解釋 這樣 的 現象 。 後來 這 個 實驗 的 做法 有 了 改變 ， 物理學家 用 兩 道 狹縫 （ 或 兩 個 小 針孔 ） 來 做 實驗 。 我 在 這裡 會 假設 有 一 道 狹窄 的 光束 打 在 紙板 上 兩 個 非常 小 （ 而且 靠近 ） 的 針孔 上 。 如果 光 是 由 粒子 所 構成 ， 一 個 粒子 要不是 會 從 這 個 針孔 通過 ， 就 是 會 從 另 一 個 針孔 通過 （ 它 不可能 兩 個 都 通過 ） ， 因此 你 會 在 屏幕 上 看到 兩 個 明亮 的 光點 。 然而 ， 你 能 觀察到 的 圖案 卻 非常 不 一樣 。 你 看到 的 是 兩 個 波 同時 撞到 屏幕 （ 一 個 波 從 一 個 針孔 冒出來 ， 另 一 個 波 從 另 一 個 針孔 裡 冒出來 ） 時 ， 你 所 預期 看到 的 圖案 。 把 這 兩 個 波加 在一起 就 會 產生 我們 所謂 的 「 干涉 」 （ interference ） 現象 。 當 來自 一 個 針孔 的 波峰 與 來自 另 一 個 針孔 的 波谷 搭配 在一起 ， 兩 個 波 就 彼此 抵消 ， 這 就 稱為 破壞性 干涉 ， 而 在 屏幕 上 發生 這 情形 的 地方 （ 有 好幾 個 ） 就 會 維持 是 暗 的 。 光 加光 竟然 變成 黑暗 ， 這 是 不 是 很 奇妙 ？ ！ 在 另一方面 ， 屏幕 上 兩 個 波 同步 抵達 （ 兩 個 波 同時 是 波峰 或 同時 是 波谷 ） 的 那些 位置 ， 會 有 建設性 干涉 ， 結果 就 成為 我們 看到 的 亮點 （ 也 有 好幾 個 ） 。 因此 我們 會 在 屏幕 上 看到 一 個 往 外 展 、 由 交錯 的 亮點 與 暗點 所 構成 的 圖案 ， 而 那 正 是 楊格 用 他 的 分岔光 實驗所 觀察到 的 現象 。 我 在 課堂 上 分別 使用 紅色 的 雷射光 及 綠色 的 雷射光 做 示範 實驗 。 結果 非常 壯觀 。 學生 們 注意到 綠 光 的 模式 和 紅 光 的 模式 非常 類似 ， 只不過 暗點 和 亮點 之間 的 間隔 在 綠光 的 情形 會 來得 比較 小 。 這 個 間隔 與 光 的 顏色 （ 也 因此 ， 波長 ） 有關 （ 我們 會 在 下 一 章 談到 更多 ） 。 科學家 已經 奮戰 了 好幾 個 世紀 ， 想要 決定 光 到底 是 由 粒子 或 由 波 所 構成 ， 而 這 個 實驗 讓 我們 得到 一 個 美妙 、 無可 辯駁 的 結論 ： 光 是 一 種 波 。 我們 現在 已經 知道 ， 光 既是 粒子 也 是 波動 ， 但 這 個 驚人 的 結論 是 又 等 了 一 個 世紀 ， 等到 量子 力學 發展出來 後 ， 物理學家 才 看出來 的 。 我們 暫時 並 不 需要 走到 這 個 地步 。 回到 複虹 的 例子 ， 光波 的 干涉 是 暗帶 與 亮帶 產生 的 原因 。 這 個 現象 在 水滴 的 直徑 是 0.5 公釐 時 非常 明顯 。 你 可以 在 本 書 的 第145 頁 ， 以及 www.atoptics.co.uk/rainbows/supdrsz.htm 看到 一些 複虹 的 圖像 。 干涉 的 效應 （ 有時 稱為 「 繞射 」 〔 diffraction 〕 ） 在 水珠 的 半徑 小於 約 40 微米 （ 0.04 公釐 ） 時 更為 戲劇化 。 在 這 時候 ， 顏色 散開 的 程度 非常 厲害 ， 以至於 不同 顏色 的 光 全 都