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第45章 光谱与色谱

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三月中旬的某个周四,物理系的理论力学课结束后,林叙没有像往常一样直接去图书馆。他在教学楼门口站了一会儿,看着午后的阳光斜照在香樟树上,新叶的嫩绿在光下几乎是透明的。他从书包里拿出一个光谱仪——便携式的,上学期末用奖学金买的——对准了一片被阳光穿透的叶子。

屏幕上跳出一串数据:峰值波长约550nm,半高宽约30nm,典型的叶绿素反射光谱。林叙记录下数据,然后调整角度,测量从叶子边缘透过的散射光——光谱变宽了,峰值向短波方向偏移,这是瑞利散射的特征。

“你在测量春天的光学常数?”

声音从身后传来。林叙回头,看见谢淮背着画板站在几步外,速写本夹在腋下,头发被风吹得有点乱。

“叶绿素含量随日照时间增加而升高。”林叙收起光谱仪,“理论上,三周后同片叶子的反射光谱峰值会向长波方向移动2-3nm。”

谢淮走近,仰头看那棵树。阳光从枝叶缝隙漏下来,在他脸上投下晃动的光斑。“色彩构成课下周要讲光谱与色谱的关系。周老师说,物理学家用波长定义颜色,艺术家用色相环。”

“本质相同,表达方式不同。”林叙打开书包,拿出平板电脑,调出一个色度图——马蹄形的色域图,边缘标注着波长,“这是CIE1931标准色度图。任何可见光都能在这里找到坐标。”

谢淮凑近看。屏幕上那个马蹄形的色域空间,用数字和坐标定义了所有可能的颜色。他想起自己颜料盒里的色相环——红橙黄绿青蓝紫首尾相接,形成一个闭合的圆。

“你们的色相环是这个图的某种投影。”林叙的手指在平板上滑动,“从物理空间映射到心理感知空间。损失了精度,但获得了实用性。”

谢淮从画板侧袋抽出自己的色相环卡片——印着十二色,每个色相有从明到暗的渐变。“所以艺术家在用一种‘压缩算法’处理光的信息?”

林叙看了他一眼,似乎对这个比喻感到意外,然后点头:“可以这么说。人眼只有三种视锥细胞,对应短中长三种波长。所有颜色感知都是这三种信号的加权组合。艺术家的调色原理基于此。”

他们沿着校园小路往食堂走。三月的风吹在脸上已经不冷,带着泥土和青草的气味。路边有几株早开的樱花,淡粉色的花朵在枝头簇拥,像轻云栖息。

谢淮停下脚步,打开速写本,快速画了几笔——不是画整棵树,而是画光在花瓣上的效果:高光、反光、阴影。林叙站在旁边,用光谱仪测量了花瓣的反射光。

“峰值波长约630nm和450nm,”他念出数据,“对应类黄酮和花青素的吸收特征。所以樱花呈现粉色,是红蓝光的混合,缺少绿光。”

谢淮看着他仪器屏幕上跳动的光谱曲线,又看看自己画纸上用粉色、白色、淡紫色混合出的花瓣效果。“你在分析成分,我在合成效果。”

“正向和逆向工程。”林叙收起仪器,“你是对的——艺术家的工作是从感知到呈现,科学家是从现象到原理。”

食堂里人不多,过了午餐高峰。他们打了饭,找了靠窗的位置坐下。窗外的天空是淡蓝色的,飘着几缕薄云,阳光均匀地洒在草坪上。

谢淮吃着饭,眼睛却看着窗外光的变化。午后的太阳开始西斜,光的颜色从正午的白慢慢转向微黄,物体的影子被拉长,边缘变得柔和。

“光的颜色随太阳高度角变化。”林叙注意到他的目光,“日出日落时,太阳光穿过更厚的大气层,短波蓝紫光被散射掉,剩下长波红黄光。”

“所以朝霞和晚霞是散射的结果。”

“是。”林叙顿了顿,“你上学期画的那些‘光的性格’,其实对应不同的光谱分布。早晨的光短波成分多,傍晚的长波成分多。”

谢淮想起那个笔记本,那些在不同时间画下的光的曲线。他当时只是凭感觉记录,现在林叙给出了物理解释——感觉背后是物理规律。

谢淮说,“周老师布置的作业,”“表现光的波粒二象性。我想画光从不可见到显现的过程。”

林叙思考了几秒。“量子力学中,观测导致波函数坍缩。未被观测时,系统处于所有可能性的叠加态;一旦被观测,它就坍缩到一个具体状态。”

“就像空白画纸变成画?”

“类似。但更准确的说,观测者本身是系统的一部分。”林叙用筷子在桌上画示意图,“在双缝实验中,如果你不观测光子通过哪条缝,它表现出波动性——干涉条纹。如果你观测,它表现出粒子性——条纹消失。”

谢淮看着那个简单的示意图:两条线代表双缝,后面是屏幕。不观测时有明暗相间的条纹,观测时条纹消失。

“所以,”他慢慢说,“我画的过程——光从点到线到面——其实是在画观测过程本身。观测决定了光以何种形式存在。”

林叙点头。“你的画不是光的被动记录,而是光与观测者的互动记录。”

这个想法让谢淮感到一阵轻微的震撼。他一直以为自己只是在记录看到的东西,但林叙的话暗示了更深层的关系:看的行为改变了被看之物。

吃完饭,他们走出食堂。下午两点半,阳光正好。林叙要去实验室做光学实验,谢淮原本计划去画室完成作业初稿,但临时改了主意。

“我能去看你做实验吗?”

林叙看着他,似乎有点意外,但点了点头。“可以。但很枯燥。”

物理实验楼在校园西侧,一栋五层的老建筑,外墙爬满了爬山虎,冬天枯萎的藤蔓还没完全脱落,新芽已经冒出。实验室在四楼,走廊里弥漫着淡淡的臭氧和金属气味。

林叙的实验室不大,堆满了各种光学仪器:激光器、透镜、偏振片、分光计、干涉仪。墙上贴着一张巨大的电磁波谱图,从无线电波到伽马射线,可见光只占其中很小一段。

“今天做杨氏双缝实验的现代版本。”林叙打开激光器,调整位置。一束红色激光射出,打在墙上的白色屏幕上,形成一个明亮的光点。

他在激光路径上放置一个带有双狭缝的板子。屏幕上立刻出现了明暗相间的干涉条纹——一系列红色的亮带和暗带。

“这是光波动性的直接证据。”林叙指着条纹,“如果光是粒子,应该只在两条缝对应的位置出现两个光点。但实际出现了干涉条纹,说明光像波一样,通过双缝后互相干涉。”

谢淮看着那些规律的条纹。它们很美,有一种数学的精确之美。亮带的宽度、间距都是均匀的,像是用尺子画出来的。

“现在,”林叙在双缝前放置了一个探测器,“如果我想知道每个光子通过哪条缝——”

屏幕上,干涉条纹开始变淡,最后消失,只剩下两个模糊的光斑。

“——波动性就消失了。光子表现出粒子性。”

谢淮屏住呼吸。他亲眼见证了那个著名的思想实验变成现实:观测改变了光的本性。

“这不只是光的特点,”林叙关掉激光器,实验室陷入昏暗,“所有微观粒子都如此。电子、原子、分子……观测行为本身会影响被观测系统。”

谢淮想起周老师课上说的:艺术家其实早就察觉了这种双重性。莫奈捕捉光的流动,修拉捕捉光的颗粒。也许艺术家的不同风格,就是不同的“观测方式”,让光展现出不同的面貌。

他说,“我想画这个。”“画观测本身。不是画被观测的光,而是画‘观测’这个动作。”

林叙整理着仪器,没有抬头。“那会是什么样子?”

“不知道。”谢淮诚实的说,“也许是一系列画:第一幅,空白,代表未被观测的状态;第二幅,模糊的光斑,代表观测开始;第三幅,清晰的条纹或光点,代表观测结果。”

“第四幅呢?”

谢淮想了想。“第四幅,画布上有画者的影子。观测者也在画面中。”

林叙停下了手中的动作。他转过身,看着谢淮,眼神里有某种评估的光。“你在画量子力学的哲学含义。”

“我在画我们如何看世界。”谢淮纠正道,“每个人都在用自己的方式观测。你用量子力学,苏晓用摄影,我用绘画。不同的观测方式,得到不同的‘现实’。”

窗外传来下课铃声,下午三点,一天课间的休息时间。实验室的窗朝西,午后的阳光开始斜射进来,在仪器金属表面反射出暖色的光。

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