光的奇迹——卫生间的灯光昏暗吗？

什么是光？- 什么是光？

    我们所看到的光中有许多奥秘。从天空的颜色、彩虹、肥皂泡到宇宙中的光，我们探索“光”的真正本质。

    在浴室等潮湿的地方，电灯发出的光线可能会显得模糊。

    就连外面的灯光在雾中也显得模糊。这是一个什么样的现象呢？

    光同时具有波动性和粒子性。这种现象是由于光波的特征之一“衍射”造成的。发生衍射是因为当光照射到物体上时，光会包裹在物体的阴影周围。在浴室里，光线照射到水蒸气颗粒上并包裹住它们，使光线不那么明亮并显得模糊。

波的“衍射”有两种方式。

    光衍射是一种现象，当平行传播的光遇到障碍物时，它会绕到障碍物后面（在阴影中）。光线稍微弯曲，如下图（1）所示。下图（2）是对光阑板照射光并使用光阑板的狭缝（窄间隙）时发生的衍射现象的说明图。光也是一种波，所以当它穿过狭窄的缝隙或小孔时，它从平面波变成球面波。水波也会发生同样的变化。这样，衍射改变了光的行进方向。如果有小障碍物，光线就会包裹住它，如果是狭窄的缝隙，就会变成球面波，在传播过程中扩散并减弱，使光线显得模糊。

穿过小孔的光线变成条纹图案。

    通过在光圈板上开一个小孔（针孔）并让光线通过，可以清楚地看到有趣的衍射现象。直接穿过针孔的光看起来像是聚光灯，但实际上不是。结果是由浅色和深色条纹组成的同心条纹图案。它是一种条纹图案，越靠近中心越清晰，越远则越模糊和扩散。这称为衍射图像。众所周知，这种模式可以用公式表示，称为“二维傅里叶变换”。利用光衍射进行高速计算的“光学计算机”也已被提出。

通过镜头的光线也变得模糊。

    镜头是一种收集光线并形成图像的光圈。光穿过它时也会发生衍射。随着光波长的增加以及孔直径的减小，由衍射引起的条纹图案的扩展也增加。在显微镜和望远镜中，物镜的直径被认为是这样的孔（孔径），因此衍射对分辨率有很大影响。这是因为如果光圈小，图像就会模糊。换句话说，即使使用理想设计的镜头，即使在聚焦时，光线也不会会聚到一个点并且变得模糊。这称为透镜的“衍射极限”。

    因此，如果您尝试用镜头放大原子或其他物体，您将需要一个具有大光圈的物镜。然而，制造这样的透镜很困难，因此我们必须使用“电子显微镜”，它使用波长小于光波长的电子束。随着波长变小，衍射图像变小，可以获得更高的分辨率。

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