電磁波與聲波之間的不解淵源

對著山谷喊話，會聽到重複的回聲，持續幾秒到幾十秒。但讓人想不到的是，光竟然也會有類似回聲的返光現象，光的返光能持續幾百年！最驚人的是，返光傳播速度有時是超光速的！

聲音是聲波，需要物質來傳播，速度很慢；光是電磁波，不需要物質傳播，速度極快。但是，這兩種截然不同的波，表現有時卻很相似。

聲音有音障，光也有「光障」

聲音在空氣中的傳播速度約是340米/秒，當飛行器的速度接近這個速度時，將會逐漸追上自己發出的聲波。飛行器前面的聲波和空氣分子來不及散開，從而被擠壓得較緻密，與飛行器激烈衝撞，產生圓錐形劇烈衝擊波，進而產生巨大的噪音。這種劇烈衝擊是飛行器加速的很大障礙，這個障礙與音速有關，所以稱為音障。

也許你想不到，光的世界裡也存在類似音障的「光障」（科學上叫做「切倫科夫輻射」）。當電子等帶電粒子在不帶電的物質中穿越時，如果速度超過光在介質（這裡指光所經過的物質）中的速度，就會出現奇妙的現象。例如：水中，光的傳播速度是真空光速（C）的3/4，那麼3/4C就是水的光障，如果有一個電子以大於3/4C的速度穿過水，水中就會出現圓錐形的藍色閃光，這藍色閃光始終位於電子的前方附近。就像飛行器超過音障時製造圓錐形衝擊波一樣，電子超過光障則會製造圓錐形藍光！

這很奇妙啊？為什麼會這樣？原來粒子以大於介質中光速的速度穿行時，會對介質中的電子產生極大的衝擊，導致電子軌道的改變，當電子重新回到穩定狀態時，就會釋放出光。這同時會大大消耗穿行粒子的能量，使粒子速度降低。因此，介質中光速是粒子穿行的光障。

有意思的是，粒子超越光障所產生的光並不是熒光，熒光只有一種波長，而這種光是可見光波段和紫外線波段都有，其中波長越短的光所佔的比例越大，也就是，粒子突破光障產生的光以紫外線為主，短波的紫光和藍光占可見光的比例較大。但由於人眼睛看不見紫外線，對紫色光也不敏感，而接收到的藍色光又較多，於是在人看來，粒子突破光障發出的光就是藍色的了。

這種現象在核反應堆或粒子加速器附近常見，由於核反應過程中會釋放出速度極高的電子，電子速度高到超過了光在空氣中的速度，反應堆周圍就會發出藍光。藍色光強度可以顯示出核反應的強烈程度。

這個現象經常用於估測帶電粒子的速度，由於光在一些物質中的傳播速度是已知的，讓帶電粒子穿過這些物質，看它是否發光以及發光的強度，例如光在一種玻璃中的傳播速度是2/3C，光在水中的傳播速度是3/4C，如果電子穿過玻璃時發光，但穿過水時不發光，那麼電子的速度就大於2/3C，小於3/4C。

另一種「光障」現象

還有一種情況的光障現象，就是不帶電的粒子在帶電的物質（例如各種鹽類）中穿越時，如果速度超過介質中的光速，也會出現另一種奇妙的現象。一些電荷會飛速飛出，電荷的運動又激發出射電或微波範圍的電磁波。

這種情況叫做阿斯卡亞輻射，是前蘇聯物理學家在1962年提出的，但這種現象直到2000年才被觀測到。這種輻射的產生也是因為物質中電荷受不了超極限的粒子速度，各種電荷被激發出來，電荷的運動又導致了電磁波的產生。這些能量的產生都需要消耗穿行粒子的動能，因此是粒子穿行的光障。

阿斯卡亞輻射最吸引人的用途就是科學家在用它來捕捉中微子。中微子是不帶電的微小粒子，與一般的物質不反應，但根據阿斯卡亞輻射，中微子與離子類的物質（例如鹽）發生作用，於是科學家在地下設置了捕捉中微子的物質，當中微子穿過鹽時，就會激發出電荷，並導致微波產生。從而我們可以觀察到中微子。

聲音有回聲，光也有「返光」

在山谷中說話，聲音會被山谷反射，從而產生回聲，回聲一般與最初的聲音差不多，只是有點持續不斷而又發顫。例如，你如果面對山谷喊一聲「你好嗎？」，一兩秒後，就會傳來回聲，也是「你好嗎？」，但有可能是連續幾聲問好，一聲比一聲小，顫悠悠，在山谷回蕩。

讓人想不到的是，光的「返光」也會重複不斷，在一定宇宙空間中「回蕩」。宇宙中經常有超新星的突然爆發，天文學家發現，一顆超新星爆發後，我們看到了，之後還會接二連三地看到這顆超新星爆發的景象，與第一次看到的景象一樣，只是影像被放大了，變得有點虛了。那感覺就像是一個像素不大的圖片，被逐漸放大了，雖然圖像還是那個圖像，但看上去變得越來越虛。天文學家告訴我們，這之後看到的一個比一個大的超新星爆發圖像就是超新星爆發的「返光」！

回聲是聲音碰到物體反射回來再進入人的耳朵後產生的效果，光竟然也會產生「返光」！那麼「返光」又是如何產生的？原來宇宙中遍布著星雲和疏密不同的星際物質。這些物質的分布會形成宇宙中的「山谷」，反射突然出現的強烈光，把沿著別的方向傳播的光反射回來，再次進入眼睛，從而人就看到了「返光」。

聲音的傳播是隨著距離傳得越遠，回聲回來得越晚，回聲越小，「返光」也是這樣，越先反射回來的光越強，隨著時間的推移，光傳播越遠，回來越晚，「返光」越來越暗淡。

有意思的是，「返光」比回聲持續的時間長多了，一顆1572年爆發的超新星，現在還可以看到它的「返光」，2008年，天文學家還在銀河系中看到了其微弱的返光。因此，科學家可以利用返光來研究歷史上的超新星爆發，以及宇宙中過去的輝煌景象。

在觀察「返光」的過程中，科學家還發現了一個難解的現象：上面已經說過，我們看到的返光圖像會越來越大，越來越虛。但不可思議的是，有時科學家會看到返光圖像的尺寸在幾個月內擴大了幾光年！圖像的擴大是因為光向外傳播後又被反射到地球引起的，上面的現象意味著，光在幾個月里走完了幾年才能走完的路程！這真是個驚人的現象，需要深入研究。宇宙深處好像是藏著很多秘密，等待我們去發掘。

由這些聲與光之間的相似現象，你能找出聲與光的淵源嗎？通過對聲音的研究，是否能揭示難解的光現象謎團呢？

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