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超人之所以称为“超级”,是因为他有超强的力量,超快的速度。他会飞,而且几乎是坚不可摧的。他能从眼睛发射出激光一样的东西。最后,他还有某种X光透视眼。尽管漫画书学者们之前就已经讨论过超人的视觉,但我们还是来看看它的原理是什么吧。

普通人是怎样看见东西的?

在人类视觉中,重要的一点是,为了能看到物体,光线(在可见光谱内的光)必须从该物体进入眼睛。从该物体出来的光,可以是反射光,也可以是它自己发出的光。 但无论是哪种方式,光线的方向是从物体进入眼睛。这一点相当重要。

第 1 段(可获 2 积分)

Spring 2016 Sketches key

眼睛的角色只是光线接收器 ——眼睛并不能发射出所谓的“视觉射线”。 我指出这一点是因为这可能是现实中某些人对光线的理解。问问自己这个问题:

在一个完全黑暗的房间里(零光源)待上一段时间后,你会看到什么?

答案是,除了黑暗之外,你什么都看不见。当我们的大脑缺少与光线的联系时,就会认为那是黑色。然而,许多人会给出另一个答案:等眼睛适应以后,你或许能看见点什么东西。也许他们的答案基于他们以前的经验(你很少进入一个绝对黑暗的房间)和认知之上,即认为眼睛主动去看物体且可以适应新环境。

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X光透视眼是什么?

我们可以有X射线图像。这并不是科幻小说,下面将解释它的工作原理。如果你将高速运动电子射向一个金属表面,就可以产生X射线。 X射线和可见光一样,只是X射线的波长更短 (但它们仍然是电磁波)。但由于X射线波长(和频率)不同,它们与物质的交互作用与可见光不同。这意味着,某些材料(例如人类肌肉)是部分透明的。利用该原理可以获得X射线图像,即通过向人体照射X射线并将X射线探测器置于后方。X射线穿过骨头的量跟穿过肌肉的量不同,这样就可以得到一个图像。

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所以,超人的视觉是怎么回事呢?如果他的眼睛能像人眼看到可见光一样看见X射线的话,他还需要一个X射线源。这些X射线能从他眼睛里(或者身体的其它部位)发射出来吗?当然可以,但在这种情况下,他检测到的X射线是那些从人体组织上反射回来的,而不是那些穿透人体组织的X射线。我猜想,这样的射线强度会有点低。无论如何,这相当于在人类的眼睛里装上闪光灯。

但有没有天然的X射线辐射源呢?有的,存在一种X射线背景辐射——宇宙X射线。然而,它的强度太小,对超级英雄来说它几乎没什么利用价值。

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他有核磁共振般的视觉吗?

假如超人能像核磁共振成像一样看透一个人的身体,那会怎么样呢?我想,首个相关问题就是:“核磁共振成像MRI的工作原理是什么?” MRI 代表核磁共振成像,是项复杂的技术,但我会尽量解释得通俗易懂。

由于核自旋运动,质子(比如氢原子中的那个质子)就像一个微小的磁铁。当置身于一个超大的磁场时,这些质子会让它们的“磁极”(打引号的原因是,其实科学术语不是这样的)与大磁场相匹配。通过施加另一个外部射频,这些质子可以被激发到更高的能量状态——但当它们回到较低的能量状态时,它们会发出辐射。然后,核磁共振成像检测到这种辐射并用它来制作成一个3D地图,显示出体内所有氢元素的位置。人体不同组织的水量不同,所以氢元素的含量也不同。这是我能想到的最简短的解释了。

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如果要将MRI核磁共振成像应用在超人的视觉中,有两个关键点。第一,你需要一个强大的磁场——超级强大的磁场。第二,核磁共振的图像并不是即时成像——相反,它需要时间来改变磁场,检测出不同的信号,最后使用算法将数据处理成图像。超人使用该技术的唯一方法就是超人在制造出强大磁场的同时,在物体旁快速移动,并从不同角度观察辐射。不然而,超人也办不到这点。

拥有超级视觉的其它方法

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还有其他一些方法让超人比普通人看到要多东西。假如他能看到红外线呢?这就像使用一个热成像仪( 假如有机会,你一定要试试)。当然,通过红外线,你并不能真正看到人体的内部情况,但你能看到一些很酷的东西(而且你的视线可以穿透一些东西)。紫外线也可以有同样的效果。在紫外光线照射下,你会看到大量不同的细节——尤其是你在室外的时候。

你知道有趣的是什么吗?假如超人能看到手机信号呢?这种类型的辐射,在地球表面几乎到处都是(是的,我知道——它到处都是,除了在你那永远都没有好信号的卧室里)。同样,这种辐射的频率可以“穿透”许多不同的材料。当然,还有一个问题——分辨率。你可以想想一个频率为2000兆赫的手机信号,它的波长比可见光(400 - 800 太赫兹)的波长要大得多。使用如此长波长的手机信号,你是不会看到很小的东西的。不过,这听起来倒是挺酷的。

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