趣味物理学-第20章
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“一个念头？”水手长叫了起来。“只要你一有了念头，我们就得救
了！”
“但是不知道能不能成功，”博士犹疑不定地说。
“你到底想出了什么办法？”哈特拉斯问道。
“我们不是没有透镜吗？我们要把它造出来。”
“怎样造法？”水手长感兴趣地说。
“用冰块来造。”
“难道你真要。。”
“为什么不呢？我们需要的不过是使太阳光聚集到一点，这用冰块跟
用最好的水晶一样有效。但是我要选用一块淡水的冰块，它比较坚实也比
较透明。”
“如果我没有弄错，这块冰块，”水手长指着一百步外的一块冰块说，
“从它的颜色来看，应当恰好是你需要的那种。”
“你说得很对。请你带着斧头。走呀，朋友们。”
三个人一同向那块冰块走去。果然，那块冰块是淡水凝结成的。博士
下令砍下一大块冰来，这冰的直径大约有一英尺大小，他们先用斧头把它
砍平，然后用小刀精修，最后用手把它磨光，这样果然成功了一块透明的
透镜，仿佛用最好的水晶做成的一般。大阳那时侯还很明亮。博士拿着这
块冰迎着阳光，把太阳光聚集到火绒上。几秒钟以后，火绒就燃着了。
儒勒·凡尔纳的这个故事并不完全是幻想的，用冰制的透镜来燃着木
料的实验，最早还是在1763 年在英国就做成功，用的冰块透镜是极大的。
从那时候起，人们做过许多次实验，都得到良好的成绩。当然，要用斧头、
小刀和手（还是在摄氏零下48 度的严寒天气！）想做出一块透明的冰块
透镜是很困难的，——但是也可以用一个很简单的方法来做这种冰块透
镜：把水加到有合适形状的碟子里，让它结冰，然后把碟子略热一下，便
可以把做好的透镜拿出来了。
做这个实验的时候，不要忘记一定要在睛朗而严寒的天气在露天里
做，不要在房间里面隔着窗玻璃来做，因为玻璃会吸收太阳光里的大部分
热能，留下来的热会不够引起燃烧的。
请太阳光来帮忙
请再做一个同样简单的在冬天很容易做的实验。在有阳光照射的雪面
上，放两块同样大小的布，——一块白色，一块黑色。过了一二小时去看，
你会发现黑布低陷进雪里去了，但是白的一块仍旧留在雪面上。这个区别
的解释很简单：黑布底下的雪要熔化得快些，因为黑布吸收了射在它上面
的太阳光的大部分热能；白的那一块呢，却刚刚相反，它把太阳光的大部
分反射出去，因此，它所受到的热没有黑布那样多。
对于这个有意思的实验，美国的著名政治家、物理学家富兰克林有过
下面一段描写：
我在缝工那里拿了几块各种颜色的方形的布片，有黑色的、暗蓝色
的、鲜蓝色的、绿色的、紫色的、红色的、白色的以及许多别的颜色的。
在一个有太阳的早晨，我把这些布片都放到雪上。几小时以后，受热最多
的那块黑布深深地陷到雪里去，甚至陷到太阳光已经射不到那样深；暗蓝
色那块也陷到雪里，差不多跟黑色的相同；鲜蓝色的陷进的少得多；其余
各块布片，颜色越鲜明的陷下得就越少。至于白色那一块，仍旧留在原来
的雪面上，根本没有陷下去。
对于这件事情，富兰克林感叹地接下去说：
一个理论，假如不可能从它那里得到一些好处的话，那么这个理论还
有什么意义呢？难道我们不能够从这个实验得出结论说，在热天穿黑色的
衣服不如穿白色合宜，因为黑衣服在日光底下会使我们的身体受到比较多
的热，如果再加上我们自己的活动，也会生出热来，会使得我们身体觉得
太热吗？难道男女在夏天戴的帽子不应该用白颜色，以免太热了会引起中
暑？。。还有，涂黑了的墙壁难道不能够在整个白天里吸收足够的太阳
热，以便在夜里仍旧保有某种程度的热量，保护水果不会冻坏吗？难道细
心的观察的人不能够发现别的多多少少有价值的小问题吗？
这些结论和应用有什么意义，可以从1903 年“高斯”号轮船到南极
去探险的实际例子里找到答案。这艘轮船冻结在冰里了，一切用来帮助它
解脱这个困难处境的方法都没有用。人们用了炸药和锯子，但是也只能够
打开几百立方米的冰。那船却仍旧不能够恢复自由。后来人们只好试一试
请太阳光来帮忙：人们用黑灰和煤屑在冰面上铺了2 公里长10 米阔的一
大片，从轮船边上铺起，一直铺到冰的最近一条宽裂缝上。那时候正好是
南极的夏天，连续许多天都是好天气——于是，太阳光竟做了炸药和锯子
所做不到的工作。冰逐渐熔解开来，沿着黑色的那一带破裂了，这艘轮船
就此脱离了冰的羁绊。
关于海市蜃楼的新旧材料
大家一定都知道海市蜃楼这个现象的发生原因。在沙漠里沙地受到炎
热太阳的晒炙，接近沙面的热空气层比上层空气的密度小，这就使它有了
跟镜子一样的作用。从很远的物体射来的倾斜光线，在射到这些空气层之
后，会把行进的路线曲折起来，使得它射到地面以后会再从地面折射向
上，射到观察的人的眼里，就好象用极大的入射角从镜面反射出来的情形
一般。观察的人因此就好象看到在他面前的沙漠里展开了一片水面，反映
着岸边的景物。
说得更正确些，我们应该说靠近炙热沙面的热空气层，反射光线的情
形不是象镜子，而是更象从水底望去的水面。在这里，产生的不是普通的
反射，而是物理学上叫做“全反射”的那种。要得到全反射，应该使光线
极斜地射进这层空气层——要比图107 所画的斜得多；否则入射角就不会
超过“临界角”，因此就不可能得到全反射。
顺便让我们提出这个理论里容易使人误会的一点：照方才所说的那个
解释，密度比较大的空气层应该在密度比较小的空气层之上。但是我们同
时知道，密度比较大的也就是比较重的空气总要向下落，把它底下密度比
较小的空气挤到上面去。那么，又怎么能够使密度比较大的空气层留在上
面，来造成海市蜃楼的现象呢？
答案非常简单，我们要密度比较大的空气层在上面，虽然在稳定的空
气里是不会有的，但是在流动的空气里却是可能的。给地面炙热的空气固
然不会停留在地面上，它要不断地向上升起，但是立刻就有一层空气来补
空，这一层空气接着也受到炙热，就又变成了热空气。这样不断的替换着，
在炙热的沙面上就总会有一层密度比较小的空气层，——虽然不是老是那
一层，但是这对于光线的行进是无所谓的。
我们方才谈的这种海市蜃楼，人们很早就已经知道了。这种海市蜃楼
在现代的气象学上叫做“下现蜃景”（另外还有“上现蜃景”是由上层空
气稀薄发生反射作用造成的）。许多人认为这种古人早已知道的海市蜃楼
只能够在南方沙漠里的炎热空气里出现，在北方是绝对不会有的。但是事
实上下现蜃景也时常会在我们这里发现。这种现象特别在夏天的柏油马路
上时常有发现，因为这些路面的颜色比较深，所以受到太阳光的强烈炙
热。这样一来，粗糙的路面看过去竟会象淋过水般的光滑，会反映出很远
的物体。这种“海市蜃楼”的光线行进路径象图108 所示。只要你能够留
心些，这种现象是时常可以看到的，并不象你想象的那样难得。
还有一种，是侧面的海市蜃楼就叫做“侧现蜃景”，这种海市蜃楼的
存在，一般人恐怕连想都没有想到。其实这就是竖直的墙壁给炙热以后的
反射现象。这个现象曾经有一位作家写出来过。这位作家在走近一个炮台
堡垒的时候，发现堡垒的混凝土墙壁突然亮了起来，跟镜子一样反映出四
周的景物、地面和天空。再走了几步，他又在堡垒的另外一堵墙壁上发现
了同样情形，就仿佛那灰色不平的墙壁突然变成了打磨得十分光滑似的。
原来那一天天气非常热，墙壁给炙得滚烫——这就是这个谜的解答。图
109 表示堡垒两堵墙壁（F 和F′）的位置和观察的人的位置（A 和A′）。
原来墙壁给太阳炙得相当热，也会使你看到海市蜃楼的。这个现象并且能
够用照相机拍摄出来。
图110 表示堡垒的墙壁F，起先是粗糙不平的（左），后来亮了起来
（右），就象镜子一样（这是从A 点拍摄的）。左面的照片上是一堵普通
的灰色混凝土墙壁，那里自然没有反射现象发生，不可能把附近的两个人
形反映出来。右面那幅照片呢，表示的仍旧是方才那堵墙壁，只是它的大
部分已经起了镜面的作用，因此立得比较近的那一个人在墙壁上就反映出
他的像来了。当然，反射光线的并不是墙壁本身，而只是贴近它的炙热的
空气层。
在夏天极热的日子，你不妨时常去留意大建筑物的给炙得很热的墙
壁，看看有没有这种海市蜃楼发生。无疑的，如果经常这样留心去观察，
发现这种海市蜃楼的机会是一定会很多的。
“绿光”
你曾在海面上观察过日落吗？无疑的，你一定观察过。那么，你可曾
一直观察到太阳的上缘跟水平面相平、然后完全消失为止吗？我想也一定
观察过的。可是，假如你观察的时侯，万里无云，天空完全明朗，你可曾
发现当太阳投出最后一道光线那一瞬间所发生的现象吗？恐怕就不一定
了。但是我劝你不要失去机会去做这样的观察：在那一瞬间，投进你眼帘
的，会不是红色的光线，而是绿色的，鲜艳的绿色的光线，这个颜色的漂
亮，甚至于随便哪一个画家也不可能在他的调色板上调出，就是大自然自
己也不可能在别的地方象植物或者最清澈的海水那里调出这样漂亮的颜
色。
一份英国报纸上刊出的这节短文，引起了儒勒·凡尔纳写的《绿光》
那部小说里的年青女主角的极大兴致，她开始到处旅行，目的只有一个—
—亲眼看到这种绿光。根据小说家的叙述，这位年青的苏格兰女旅行家并
没有达到她的目的，没有看到大自然的这个美景。但是这个现象却确实是
有的。关于绿光，虽然常常带着许多传说般的说法，但是这个现象的本身
倒并不是一个传说。每一位爱好大自然的人，只要他有耐心去寻找，能够
看到这个现象，就一定会称赞这个景色的美丽的。
为什么会有绿光出现呢？
对于这个问题，只要你想起当我们通过三棱镜看物体时候所看到的情
形，你就会明白了。请你先做一个实验：拿一个三棱镜平放在眼前，底面
朝下，然后通过它去观察钉在墙壁上的一张白纸。你就会发现，首先是这
张纸显然比原来的位置升高了，其次，纸的上面一边会显出紫色，下面一
边却显出黄红色。纸升高是由于光线屈折的作用，纸边有颜色是由于玻璃
的色散作用，就是因为玻璃对于不同颜色的光线有不同的折射率。紫色和
蓝色的光线要比别种颜色的光线折射得更厉害，因此我们在纸的上面一边
看到了紫蓝色；红色的光线折射得最差，因此在纸的下面一边看到了红
色。
为了使下面的解释容易明白，在这个颜色边的问题上我们还得多说几
句。三棱镜把从白纸反射过来的白
