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图解时间简史：人人都可以读懂的霍金 [:1700895578]
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图解时间简史：人人都可以读懂的霍金 1 宇宙膨胀和光的波长 拉长的光波
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前面我们已经提到，运动的光源会改变光波的频率和波长，这样我们可以根据星系光谱的红移和蓝移，测量星系运动速度，从而得出它离我们的距离。现在我们再详细说明光波的变化。
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光是一种电磁波
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1864年，英国科学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦在总结前人对电磁现象的研究的基础上，建立了完整的电磁波理论。他断定电磁波的存在，并推导出电磁波与光具有同样的传播速度。1887年，德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在。之后，人们又进行了许多实验，证明光也是一种电磁波。
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电磁波与声波不同的是，即使没有媒质，它也能传播。比如光波不用凭借任何媒质，就可以在真空中传播。如果硬要说有媒质的话，空间就是它的媒质。虽然可见光的波长范围很小，只占电磁波中很窄的一个波段，但是光的性质以及它与物质间的相互作用与电磁波相同。光可以为物质所发射、吸收、反射、折射和衍射。
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红移的产生
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光是由不同波长的电磁波组成的，我们在上一章中已经提到，在光谱分析中，光谱图将某一恒星发出的光划分成不同波长的光线，从而形成一条彩色带，也就是光谱图。一个天体的光谱向长波（红）端的位移叫作红移。这是由光的多普勒效应所致，即当光源和观测者相对快速运动时造成了光的波长发生变化。在宇宙膨胀的过程中，光传播的媒质被延长了，光的波长同时也被拉长。
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遥远的星系远离我们而去，它们的红移随着它们的距离增大而成正比地增加。这就是说，一个天体发射的光所显示的红移越大，该天体的距离越远，它的退行速度也越大。反过来说，天体越远，光的波长改变越大，红移越大。
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图解时间简史：人人都可以读懂的霍金 麦克斯韦的电磁学
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在此之前，电和磁看起来似乎是互不相干的现象，雷电风暴和太阳光也没有和地球的磁场联系起来。
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麦克斯韦建立的电磁场理论，将电学、磁学、光学统一起来，是19世纪最值得称道的物理学成果之一。
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光也是电磁波，是由在时空中以光速传播的振荡的电场和磁场组成的。
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麦克斯韦用四个方程式解释了所有的电和磁的不同行为。从光的辐射及电流到地球的磁场。
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电场和磁场可以孤立存在。但一般来说，电场随时间变化的话，就会产生磁场。而磁场随时间变化也会产生电场。
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