大自然是公正的。她给予每个人的机会都是一样的。谁要是爱她，就要去探索她心灵深处的奥秘，只有深深地了解她，才能真正地认识她，她也不会辜负你。牛顿就是这样揭开光学扉页的……

夏天的傍晚，一场大雨过去，山石房屋、花草树木，一切都洗得干干净净，色彩格外好看。此时，夕阳斜照，一道巨大的彩虹腾空升起，多么壮美啊！彩虹是从哪里来的呢？有人说，那是天上的仙桥，还有人说，那是仙女的腰带……这些，我们当然不信。可是，彩虹到底是怎样形成的呢？

我们可以做一个小实验，让彩虹再现在面前：嘴里含一口水，背着太阳站着，嘴唇抿住，把水用劲朝前上方喷去……在这一片细细的水珠里，就可以看见一道小小的彩虹。等到水珠都落净了，小小的彩虹也不见了。这实验告诉我们：彩虹和太阳对小水珠的照射有关系。原来，雨过之后，天空有很多很多的小水珠，太阳出来照在小水珠上，就出现了一道大彩虹。随着水珠的慢慢消散，彩虹也就由浓变淡，逐渐消失了。

为什么太阳照在水珠上就会出现鲜艳的色彩呢？这是因为，太阳光，也就是我们平常见到的白光，原本就是由各种颜色组成的。这个奥秘，正是牛顿揭开的。

1666年，著名的英国物理学家牛顿做了一个有趣的实验。在一间暗室里，一束阳光从一条狭窄的窗缝透射进来，半路上遇到一块三棱镜，通过三棱镜后投射到一幅白色的屏幕上，形成一条排列整齐的彩色光带，依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色。给这样的光带起个名字，就叫做光谱。牛顿由此得出结论：白光是由七种颜色的光组合成的。这种白光分解成七种单色光的作用，称之为“光的色散”。白光经棱镜分解的色光只含有一个成分，称之为单色光；反之，由单色光混合而成的光，称之为复色光。太阳光和白炽灯光都是复色光。根据牛顿的实验结果，我们不难对彩虹的形成原因作出解释——那是因为水滴起着三棱镜的作用，太阳光照射到这些水滴上，发生了色散现象。

三棱镜是怎样使白光产生色散的呢？我们知道，光是直线前进的。白光正在一直前进，忽然在半道上碰到了三棱镜，由于折射作用，几个单色光成员发生了“分歧”，便各走各的路了。

自光在真空（或空气）中的传播速度是一个常数值。白光虽然是由各种不同单色光组成的，但是这些单色光在真空（或空气）中的传播速度都是相同的。当不同波长的单色光在媒质中传播时，由于媒质的作用，传播的速度都比在真空中的速度小，波长不同的单色光其传播速度的减少也不同。白光从真空（或空气）斜射入棱镜后，因为速度的改变而发生折射，媒质（如棱镜玻璃）中的传播速度，不同波长的单色光在该媒质中的传播速度不同，因而折射率也随之改变。同一种媒质，对于波长较大的单色光（如红光）折射率较小，对于波长较小的单色光（如紫光）折射率较大。从折射定律可以得知，当白光斜射入棱镜时，入射角对于白光中所包含的各种单色光都是相同的，但是，由于棱镜对不同波长的单色光的折射率不同，因而折射角也就因各单色光的波长不同而各异，通过棱镜两个面一进一出两次折射，光线的偏向角也就随着波长不同而各异了。这样，白光通过棱镜时就发生了色散现象。将折射定律变换一下形式，也就是说，白光斜射入棱镜时，在入射角相同的情况下，棱镜对红光的折射率最小，所以折射角最大，从而偏向角最小，因而红光发生的偏折也就最少，它在光谱中的位置就处在棱镜顶角方向的一端；随着波长逐渐减小，其余的橙、黄、绿、蓝、靛、紫色光的偏向角依次增大。由于这个缘故，光谱中就是按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的次序来排列的。紫光的折射率最大，折射角最小，从而偏向角最大，它在光谱中就排在最靠棱镜底边方向的一端。

既然白光是由七种颜色的光组合成的复色光，通过棱镜可以分解成七种单色光，那么，能不能用单色光组合成复色光来验证呢？能。我们可以做一个简单的小实验。将一块白纸板剪成圆形，按照一定比例分成七个扇形，依次涂上红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色。然后，在圆纸盘中心扎出个圆滑的小孔，松松地穿在大铁钉子上。它不动时，七种颜色清楚分明；如果用手将它拨得飞转后再看时，各种颜色就分不出来了，各种颜色逐渐混和，最后合成了白色，这块彩色板就变成了白纸板。

在牛顿的实验装置中，如果在棱镜和白纸屏之间加入一个凸透镜则从狭窄窗缝进来的那束白光，经棱镜后分解成的各种色光，在此被凸透镜聚拢，合成为一条狭长的白色光带而投射到屏幕上。这也证明，白光是由各种单色光复合而成的，因此，各种单色光可以合成为复色光。

红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七个成员组成了复色光—白光的一家。这一家，我们与之经常见面，是很熟悉的。太阳光和灯光都是白光，因为眼睛能直接看见，我们就称呼之“可见光”。

白光是由七种不同的单色光复合成的，每种单色光都有一定的频率和波长。

白光的一家还有许多亲戚和邻居，在红光的“外边”有个亲密的邻居“红外线”；在紫光的“外边”也有个亲密的邻居“紫外线”；再往远处，那亲友就更多了。但这些远亲都是眼睛看不见的，称之为“不可见光线”。

1800年，英国物理学家赫谢耳用灵敏温度计在太阳光谱可见光区的红光端以外测试，首次观察到有明显的热作用现象，他认为这里存在着看不见的光线。后来，用特制的感光底片拍摄了光谱，证实这里的确有光谱线存在，它的位置表明这种射线的波长比红光更长，同样服从可见光遵循的定律，由于它处于红光区域的外侧，所以被称之为红外线。

红外线的热作用非常强。工业上，常常利用红外线这一特点来烘烤涂漆等，不仅速度快，而且能够使相当厚的涂漆层受热均匀，避免了皱纹、裂痕和产生气泡等。现在烘干汽车外壳的喷漆，对于同样一辆汽车，用热空气要几十小时才能烘干，而用红外线却只要几十分钟就可以了。农业上，可以用红外线来烘干和处理种子，某些种子经过红外线处理之后，发芽率提高，生长加快。医疗上，可以用来对病人进行理疗，效果很好。此外，红外线还能够穿过很厚的云层或浓雾，军事上利用红外线这一特点来进行通讯、定位、跟踪和黑夜摄影等。

1802年，德国物理学家里特又发现在太阳光谱可见光区的紫光端外侧，有使含有氯化银照相干板感光的作用，并且能使涂有铂氰化钡的物质发出绿色的荧光。他认为，这里也有一种看不见的光线存在，由于它处于紫光区域的外侧，所以被称之为紫外线。

紫外线的波长比紫光更短，具有广泛的用途。紫外线最显著的性质是荧光作用强，象煤油、含有氧化铀的玻璃等受到紫外线的照射时就会发出荧光，甚至人的皮肤、指甲、牙齿在紫外线的照射下也会发出微弱的荧光来。用紫外线照射文件或书画，由于发出的荧光不同，可以检定文件是否涂改过，也可以鉴定字画文物用纸的实际年代。荧光灯管则是利用紫外线激发产生荧光而制成的。在使用时，管内气体辉光放电，水银蒸汽产生紫外线激发管壁上涂的荧光物质而发出白色或其它色的荧光。工业上，利用紫外线能够激发许多物质产生荧光的特点，可用来分析油类含矿物油的成分、石油品质和食物品质等。例如，检查金属制品的质量（金属探伤），将试样在荧光物质溶液中浸泡一会儿，然后用紫外线照射，如有裂缝，则在裂缝处就会放射出荧光来。医学上，因为紫外线可以被有生命的组织吸收而产生反应，而这种反应能够使极小的有肌体如细菌之类遭到破坏，因此可以用紫外线来杀菌消毒。例如，某些皮肤病人常用紫外线灯照射治疗，衣服被褥常用日光照晒以保持卫生。此外，人长期不见阳光会生病，但太强的紫外线对人的皮肤又是不利的，应当防止。电焊工人在工作时要穿工作服、戴防护眼镜和面罩，其道理即在于此。