只要有光，就有影子相隨，尤其在這炎炎夏日，更躲不開(kāi)影子的“步步緊追”：頭頂烈日，身旁就會(huì)有影子；樹(shù)下乘涼，也是因?yàn)檎驹谟白永铩?/p>
關(guān)于影子，你了解多少呢？有人說(shuō)影子是二維物體，有人說(shuō)影子也有重量，這些都是真的嗎？今天，就讓我們一起重新認(rèn)識(shí)“朝夕相處”的影子吧！
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影子從定義上來(lái)說(shuō)，是一種光學(xué)現(xiàn)象而非一個(gè)物體。光在空氣（同種均勻介質(zhì)）中沿直線傳播，有體積的非透明物體擋住了光，在物體后方光線照不到的區(qū)域就形成了影子。
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當(dāng)我們用較大的燈照射一個(gè)較小的物體時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的影子不是一個(gè)清晰的整體，而是一個(gè)模糊的輪廓。
其中，靠近影子中間，顏色比較深的部分，叫做本影，而本影周?chē)伾容^淺的部分，就叫做半影。
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產(chǎn)生這種現(xiàn)象，是因?yàn)檎丈湮矬w的光不只限于一點(diǎn)。從某些點(diǎn)射來(lái)的光被物體遮住了，從另一些點(diǎn)射來(lái)的光并不一定全被擋住，于是就出現(xiàn)了半明半暗的“半影”。
通常，發(fā)光物體的面積越大，本影的范圍就越小，同時(shí)，半影的面積會(huì)相對(duì)增大，但顏色則會(huì)變淺。
無(wú)影燈就是利用了以上原理，將許多燈源排列成圓形，從多個(gè)角度同時(shí)照射物體，就可以使本影基本上“消失”。
無(wú)影燈運(yùn)用在手術(shù)臺(tái)上，能夠保證光照亮度并排除手術(shù)過(guò)程中影子造成的視線干擾，確保手術(shù)順利進(jìn)行。
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無(wú)影燈雖然使得本影基本“消失”，但由于它的每根燈管都不是點(diǎn)光源，因此依然會(huì)有半影的存在，只不過(guò)半影的顏色非常淡，幾乎可以忽略不計(jì)。
在我們的認(rèn)知中，維度有這樣幾種：一個(gè)點(diǎn)的存在即為一維，有長(zhǎng)寬的平面是二維，存在長(zhǎng)寬高的物體則是三維。
如果從這個(gè)意義上來(lái)看，影子沒(méi)有厚度，只是一個(gè)平面，似乎符合二維的定義，所以才會(huì)有“影子是二維物體”的說(shuō)法。
然而，就如前文所說(shuō)，影子從定義上來(lái)說(shuō)并不是一種物體，而是一種光學(xué)現(xiàn)象，自然也就沒(méi)有維度可言。
退一步說(shuō)，假設(shè)影子是二維物體，但在任何維度的空間中，物體都是不能重疊穿透的，就像你不可能從對(duì)面的人的身體中穿過(guò)去一樣。
然而，當(dāng)兩個(gè)人站在一起的時(shí)候，影子是可以相互遮蓋、彼此重疊的，而且，重疊的部分顏色更深，這顯然不符合物體不能重疊穿透的規(guī)律。
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因此，影子不是物體，更談不上是二維的物體。通常認(rèn)為，在三維空間中不可能出現(xiàn)其他維度的物體，事實(shí)上，現(xiàn)實(shí)生活中也確實(shí)從未發(fā)現(xiàn)二維物體。
既然影子不是物體，那么自然也不可能有重量了吧？
然而，實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)一個(gè)物體產(chǎn)生的影子投射在另一個(gè)物體上時(shí)，會(huì)使被投射的物體重量減輕。這又是什么原因呢？
既然影子是由光產(chǎn)生的，要想解開(kāi)影子的謎題，就離不開(kāi)對(duì)光的認(rèn)識(shí)。在回答這個(gè)問(wèn)題之前，我們需要先來(lái)解釋一個(gè)概念——“光壓”。
根據(jù)量子理論，光具有“波粒二象性”，它既是電磁波，又是粒子，即光子。雖然光子沒(méi)有靜態(tài)質(zhì)量，但它是高速運(yùn)動(dòng)的，當(dāng)光投射到一個(gè)物體上時(shí)，就像風(fēng)吹動(dòng)帆一樣，會(huì)對(duì)物體施加一個(gè)力，這個(gè)力就是光壓，也稱(chēng)為輻射壓力。
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早在17世紀(jì)初，在解釋彗星尾巴的形成時(shí)，天文學(xué)家開(kāi)普勒就提出了光壓的概念。
當(dāng)彗星靠近太陽(yáng)時(shí)，彗星燃燒產(chǎn)生的塵埃和氣體分子產(chǎn)生尾巴，在太陽(yáng)風(fēng)（帶電粒子流）和太陽(yáng)輻射的光壓強(qiáng)的共同作用下，尾巴總是指向太陽(yáng)的相反方向。
太陽(yáng)與彗星示意圖，圖片來(lái)源百度
了解了“光壓”的存在，影子的“重量”也就能理解了。
當(dāng)影子投射到某個(gè)物體上時(shí)，這個(gè)影子區(qū)域沒(méi)有了光子的推力，也就是說(shuō)，被投射的物體表面失去了光子推力，物體所表現(xiàn)出來(lái)的重量自然就會(huì)減少。
不過(guò)，這個(gè)減少的重量是微乎其微的，需要運(yùn)用非常精密的儀器才能檢測(cè)出來(lái)。日常生活中，我們難以察覺(jué)這樣的細(xì)微變化。
其實(shí)在宇宙空間中，我們的地球無(wú)時(shí)無(wú)刻不受到太陽(yáng)光壓的影響。太陽(yáng)光不斷輻射，傳送到地球表面會(huì)產(chǎn)生一個(gè)推力，導(dǎo)致地球不斷遠(yuǎn)離太陽(yáng)，不過(guò)這個(gè)移動(dòng)距離非常小。
十九世紀(jì)中葉，物理學(xué)家麥克斯韋通過(guò)計(jì)算得出了太陽(yáng)照射在地面黑體上產(chǎn)生的光壓，其數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于單位面積上一只螞蟻對(duì)地球的壓力。
看到這里，你是否對(duì)每天跟在我們身后的影子有了全新的認(rèn)識(shí)？如果按照重量是靜止?fàn)顟B(tài)下給予承載物壓力的大小來(lái)考慮的話，影子其實(shí)應(yīng)該是“負(fù)重量”。
雖然探討影子本身的意義并不算大，但也別因此小瞧了我們的影子，許多科學(xué)家正是在研究影子如何形成的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了諸多物理奧秘。
小編明白了，下次稱(chēng)體重就到樹(shù)蔭底下稱(chēng)！
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