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第一章 光︰不要相信你的眼睛

有些讀者可能會在戶外的陽光下看這本書,也許是在度假期間的海灘上,或是晴朗週末的花園裡。也可能是利用午休時間外出,透過本書吸收太陽科學知識。無論為什麼想要閱讀本書,你之所以能辨認出每一個字的筆劃、線條,是因為陽光落在書頁上。書頁的白色部分,將很多陽光反射到你的眼睛。有油墨的地方,反彈回來的陽光非常少,因而呈現黑暗的形狀,產生你此時在閱讀的字。

陽光不斷從太陽流瀉到你的書頁,行進了一億五千萬公里1,才抵達這裡。因為發光,我們的太陽才符合「恆星」的定義。太陽系裡所有的行星、衛星、小行星,以及其他的一切物體,就像書頁,不會發光,而是反射了陽光才被我們看到。光持續從太陽發出,是一個重要現象,不只是對於我們的太陽系,也是整個宇宙中的重要現象。我們對宇宙的體驗,乃是透過恆星產生的光來傳達。

我們是在陽光下長大的物種。經過演化,我們的身體適應了利用陽光,我們的演化歷程更與太陽密不可分:眼睛的發育帶給我們視力;皮膚藉由日照合成維生素D,也會形成黑色素,以避免曬傷造成皮膚受損……總之,對於人陽光不可或缺。陽光不僅讓我們能看見,也讓我們的行星變得適合成千上萬種動植物居住。陽光供應我們的食物生長,影響我們的天氣,還能用來發電,驅動現代社會。陽光有的多變面貌令人驚奇,但最重要的是,陽光是我們活著的必備條件。並不是比喻,而是沒有了陽光,我們真的活不下去。光在我們生活中無所不在,而且極為重要,這就引出了一個問題:光究竟是什麼?

光的本質

雖然光如此普遍,很容易被視為理所當然。遮擋光就會投射陰影,於是我們可以知道光是某種……東西。產生陰影就意味著有一個區域缺少了光。光必然是某種形式的物體或現象,可以被我們理解。於是經過一代又一代人的努力,人類一直試著弄清楚光是什麼。

儘管這是個古老的問題,但我們要到近一百五十年,才真正有能力徹底解決「光是什麼」這個難題。在此之前,我們只能研究「光會做些什麼」─觀察到陽光「如何」表現,和知道它「為什麼」會這樣表現,兩者之間相差了一大截。不過,一旦必要的科學基礎到位,看到現象就容易了解原理。就在一六六六年,有個人為此帶來「一線光明」。他發現了關於光的一種新現象。使用一個看來再簡單不過的實驗,用一塊三角柱型的玻璃,就成功闡明了我們擁有的彩色視覺的原理。構想出這個實驗的人,就是傳奇的自然哲學家暨數學家:牛頓(Sir Isaac Newton, 1643-1727)。