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2019-06-02雷達英雄後傳-電波天文學 594 期

Author 作者 曾耀寰/任職於中研院天文所,科學月刊社理事長。

光的科學研究

想想我們一早睡醒的第一件事:睜開雙眼,看到外在世界,映入眼簾的可能是天花板、可能是另一半或寵物, 這些視覺影像都是透過太陽光的反射、經過瞳孔印在視網膜的結果。然而,古希臘人一開始並不這樣認為,在 他們的觀念裡,視覺的產生是眼睛「向外發射光線」而非接收反射光線。無論發射或反射,人類一直將太陽光 的可見特性視為理所當然,從沒想過大自然是否存在肉眼看不見的光線。

「自然與自然定律,在黑夜裡隱藏;上帝說,讓牛頓來, 於是,一切化為光(Nature and Nature' law lay hid in night ; God said, "Let Newton be," and all was light.)」, 這是英國詩人波普(Alexander Pope)為牛頓寫下的墓誌銘,因為牛頓透過三稜鏡首次分解太陽光,讓世人重新認識可見光。

速度如光的無線電波

後來,科學家不僅研究光,也研究電學和磁學並各自發展出一套定律。19 世紀末,英國物理學家馬克士威 (James Clerk Maxwell)以四條方程式將電學和磁學整合起來,並預測以光速傳播的電磁波。科學除了提出理論解釋,還要實驗驗證理論,電磁波的實驗證實是由德 國物理學家赫茲(Heinrich Hertz)所完成。1886 年, 赫茲進行一系列線圈放電實驗,發現電磁波可在空間傳播,更進一步證實其傳播速度符合馬克士威的預測,就是光速。赫茲的發現非常重要,「赫茲」一詞後來也被當作物理量,表示每秒循環的次數。

當時,赫茲發現的是肉眼不能見、波長 6 公尺的無線電波,可見光也是電磁波的一種,只是波長比無線電波短。 無線電波一開始是作傳訊用途,取代古人騎馬送信或飛鴿傳書。1876 年,加拿大的貝爾(Alexander Graham Bell)首先申請電話專利,人們透過電話傳遞講話的聲音, 電話將聲波轉成電的訊號,並以載體(電線)傳給對方。 1895 年,義大利工程師馬可尼(Guglielmo Marconi) 則透過無線電波傳遞訊息,此時人類講話的聲音不需透過載體連接。1901年12月12日,馬可尼研究小組首次收到橫跨大西洋的電波訊號,這是多麼振奮人心的發明, 不僅是人類科技文明的一大貢獻,也讓許多人參與電波 研究,一般人甚至可以自己在家進行無線通訊,也就是俗稱的火腿族。......【更多內容請閱讀科學月刊第594期】