作者：（美）金伯莉·阿坎德（Kimberly Arcand）,（美）梅甘瓦茨克（Megan Watzke）
出版社：人民邮电出版社
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超越视觉 光的秘密语言试读：
其它
献给热爱科学的你们以及将爱上科学的人们
译者序
光耀世界，它不仅能让我们看见周围的一切，对万物的生存也至关重要。阳光为绿色植物的光合作用提供能量，从而产生了动物需要的食物和氧气。光技术是现代科技和社会进步的重要驱动力，是全球经济、社会发展和国防安全的重要基础之一。世界因为有光而更美好！正因为光如此重要，联合国宣布2015年是光和光基技术国际年，简称2015国际光年。
说到光，它对许多人来说就是指人眼能感知的“可见光”，按其波长从长到短一般分为红、橙、黄、绿、蓝和紫光。实际上在红光之外还有红外光，在紫光之外依次还有紫外光、X光和伽马光。这些非可见光的波长范围远远大于可见光。我们知道，尽管可见光和这些非可见光有时表现迥异，它们都属于电磁波，只是波长不同，位于电磁波谱中的位置不同而已。这就是广义的光。如果从整个电磁波谱来看，还有一部分称为微波和无线电波的电磁波位于红外光之外。也就是说，全部电磁波谱按波长从最长到最短来分，可以分为无线电波、微波、红外光、可见光、紫外光、X光和伽马光7大类。它们本质相同，所以都可以叫作光。也即从更广义的角度看，电磁波就是光，光就是电磁波，这就是本书所揭示的光的本质。
本书图文并茂、栩栩如生地展现了横跨整个电磁波谱的各类型光的特性和共性，以及它们推动人类文明与进步的作用，是普及光的知识的极佳作品。两位作者金伯莉·阿坎德和梅甘·瓦茨克身兼导演、制片人和作家数职，又长期在美国国家航空航天局（NASA）工作，她们再度合作的这本书内容丰富，文笔生动，图片精美，安排到位。在简要介绍了电磁波谱的概貌之后，分7章全方位地展示了光。每一章聚焦于一种类型的光，描述它令人惊讶的特性和各式各样的应用，娓娓道来，让读者爱不释手。每一章又配有4个专题，相得益彰。其中“充满光的一天”讲述光如何影响我们的日常生活；“焦点科学家”专门介绍发现某一类型的光或开创了其重要应用的科学家；“跨越光谱”讲解诸如荧光和反射等各种类型光的共性；“穿越宇宙”讨论宇宙中光是如何产生的以及我们如何利用它来“看见”超越我们视觉的事物。
我们见到本书时就被深深地吸引了，便欣然接受了翻译任务，但在翻译过程中却遇到许多挑战。本书知识面极广而且语言生动活泼，要做到翻译准确又不失其文风，确实很难。为此，我们花了很多时间一起讨论，但仍难满意。由于译者水平有限，翻译错误在所难免，请读者批评指正。
我们感谢家人的理解和支持，翻译占去了很多与家人团聚的时间。我们特别感谢北京大学物理学院天文系徐仁新教授对翻译稿的订正。感谢人民邮电出版社科普出版分社的韦毅编辑，是在她的热心帮助下，我们才完成了本书的翻译任务。
光改变了人类的生产、生活和认知方式，也必将继续推动社会的进步，照亮人们的生活。李焱 陈志坚 王树峰2016年1月于燕园宇航员从国际空间站拍摄的北极光。从阳光到手机的来电，再到我们可能需要的医用X光，这些都是不同类型的光。
从什么是光说起
光就在我们身边，无处不在。很多人并没有意识到我们每天以多少种途径，又以多少种形式接触到光。从早晨一睁眼就照进眼睛的光，到手机的来电，再到我们在牙医那里照的X光，这些都是不同类型的光。
对许多人来说，“光”指人眼能感知的光。但是，正如我们将讨论的那样，可见光只是整个光谱范围中很窄的一段。
这是因为光，包括人类能感知的所谓可见光，只是能量的一种形式。我们能看见的光仅仅是宇宙中存在的光中很小的部分（参见第4章"可见光"中的详细信息）。还有其他类型的光，有些光的光子比可见光的光子能量低，有些光的光子能量则比可见光高得多。
很难将可见光同“其他”类型的光分开，因为它们都是同一本质的不同表现形式。如果你正在弹钢琴，你不能说包含中央C的和弦是“音乐”，而余下的音就不是音乐，而是“其他”。单音和和弦也许在别的八度里，但它们都是音乐。
光也是这样。尽管许多类型的光不是我们最熟悉的，但它仍然是光。人类经过进化可以感知特定范围的光（可见光），也即太阳辐射到达地球表面的最强的能量范围的光。除此之外，还存在大量其他类型的光。
如果你想一想，就会发现这是有道理的。在数十亿年的进化过程中，我们星球上的物种要适应环境。我们从最近的恒星——太阳获得光。为了生存和繁荣，地球上的生命形式不得不这样进化，以更好地利用这个能源。现在，我们知道我们的太阳发出几乎所有已知类型的光，包括红外光、紫外光、X光等。由于达到地球表面的阳光的主要能量在可见光波段，因此地球上的主要物种已经进化，以感受到这种光和这种光具有的各种颜色。从古希腊甚至更早开始，人们一直试图确定光到底是什么。数千年来，通过以阳光和火光为主的日常体验，人类已经很熟悉光了。但是，最近几个世纪让我们“大开眼界”，“看见”我们看不见的其他种类的光。全光谱包括从无线电波到伽马光的许多类型的光。理解光的最简单方法就是认为它是能量，即所谓的电磁辐射。辐射光的波长常密切依赖于辐射物体的温度。因此，可以把电磁辐射谱形象地画成温度计。但这个温度计的温度范围比我们地球上经常使用的温度计大得多。我们的太阳只是左上图那样一个简单的橘黄色圆盘吗？太阳辐射所有已知类型的光，右上图就是用不同类型的光拍摄的照片拼图。太阳辐射到地球的大量能量不是我们眼睛能看见的类型的光（可见光），而是红外光和紫外光等。有了多种多样的光，我们才能在地球上生存，才能远距离相互通信，才有可能去探索外太空。对地球上的生命来说，幸运的是我们星球的大气层阻挡了诸如X光和伽马光等来自太阳的潜在有害的光线。电磁波谱
为什么光有这么多类型？
所有类型的光都是能量，科学家用“电磁辐射”一词称呼这种能量。电磁辐射指的是在真空或在诸如空气和水这样的物质中传播的电磁波。（还有其他类型的辐射，但它们与光毫无关系。）
电磁波是什么？“电”指电场，所以你很容易想到“磁”就是指磁场。电场和磁场相互影响。当电场发生强弱变化时，就会在周围激发变化的磁场，反过来，磁场强弱的变化又导致电场继续变化，如此循环。这种共生关系使得电场和磁场一起振荡，产生电磁波。
理解波的行为是理解光的行为的关键。考虑一下，我们向池塘平静的水面上扔一块石头，当石头碰到水面时就产生一系列涟漪，这就是波。不同于海边撞碎的波浪，池塘中的波是均匀的，以一定速度向外传播，直到从扔下的石头上获得的能量耗尽为止。
现在想象一下，你可以不停地向池塘的同一位置扔石头，这样能量就不会耗尽，波纹会以相同的速度连续不断地向外传播。在这个假想的池塘中，理论上你可以测量一列新波通过某个固定点的频度，我们称之为频率。
在很多方面，光的行为就像池塘中的水波。因为光在真空中的速度总是不变，相邻波峰之间的距离就是“波长”，它是波的关键性质之一。当人们说到恒速运动的东西时，频率和波长实际上是同一硬币的两个面（见右图）。
光波的又一关键要素是另外一个轴从上向下的度量，这个叫作振幅。一种波的波长告诉我们这种光的类型，其振幅告诉我们它的强度或者亮度。
利用频率、波长和振幅这3个特征量，我们就可以描述所有类型的光：从无线电波到可见光，再到伽马光，以及介于它们之间的所有光波。是什么原因导致有这么多不同类型的光呢？要寻找答案，我们必须看看物质本身是如何构成的。这张照片显示了向水里扔小物体后出现的情况。物体接触水面后，产生涟漪，也就是波。波以同心圆环的形式向外传播，直到从扔进的物体上获得的能量耗尽为止。光的一个关键性质是它的波长，也就是相邻波峰之间的距离。振幅度量其强度或亮度。
光年是什么？
光速太快，我们在地球上大多数时候觉得光传播好像不需要时间。但是在浩瀚的宇宙尺度上，恒定高速的光的传播时间却很容易观察到。宇宙如此之大，天文学家只好利用光来度量距离，这就是被称为光年的单位。尽管光年听起来像是用来测量时间的，但它的确是用13来表示光在一年中行进的距离，这个数值大约相当于10千米。虽然它听起来巨大无比，但和无边无际的宇宙相比却微不足道。例如，天文学家观察到的宇宙的最远处，远在138亿光年之遥。
离我们近一点的地方有什么呢？离我们最近的恒星（太阳除外）是离地球4光年之外的半人马座阿尔法星。这意味着，即使我们能建造一艘接近光速飞向任何地方的宇宙飞船，要到达这颗恒星也需要许多年，返回时还需要同样的时间。
现实情况是，当前可以离开地球轨道飞向半人马座阿尔法星的火箭，极限速度约38600千米每小时。以这个速度，到达火星需要6～9个月，但到达半人马座阿尔法星却要超过10万年。
虽然人类近期不可能到太阳系之外旅行，但遥远的星球、星系和其他宇宙成员发出的光可以到达地球，我们可以利用这些光来了解它们。我们可以利用光获取距离信息，不仅可以知道宇宙中的星体在何处，还能知道某些事件何时发生。换句话说，光年是距离的度量，而且光在宇宙中穿梭几乎无阻碍，我们也就知道了这些遥远天体的寿命。这是光的奇特本性和光为我们提供信息的又一例证。哈勃空间望远镜拍摄到了一些我们还能用可见光看到的最远星体。哈勃空间望远镜对同一片似乎空无一物的空间观察了11天，终于拍摄到了这样的天体，其亮度只有裸眼可视亮度的一亿分之一。照片中最远的星系看上去距宇宙大爆炸只有几亿年。这幅艺术图描绘了半人马座阿尔法恒星系统，它包含3颗恒星，还可能至少有一颗行星。阿尔法半人马座的恒星是除太阳之外离我们最近的恒星，但它们也远在数万亿千米之外，以现有的技术是无法到达的。图中右上方画出了太阳的位置。原子、分子和光
元素周期表中的118个元素可以说是大自然的积木，我们已知的所有东西都是由这118块“积木”的某些排列构建的。你可能会从物理课或化学课上见过的方格和字母组合想起它们。元素本身很基本，它们是一类叫作原子的微小粒子的总称。
原子包含3种不同的粒子：中子、质子和电子。通过变换这3种核心粒子的数量组合，大自然就能构造出任何元素。
中子呈电中性，在原子的中心即原子核里。原子核中与中子为伍的是质子，带有一个正电荷。质子和中子的个数确定了元素周期表中的每一元素的性质。例如，氢只有一个质子，氦有两个质子和两个中子，等等。
为了让原子保持电中性，也就是既不带正电也不带负电，那就要求带负电的电子数目和质子数目相同。因此，在标准的氦中，环绕原子核的轨道上必须有两个带负电的电子去平衡原子核中两个质子带的“+2”电荷。
电子不同于中子和质子，它在原子核外的特定轨道上绕着原子核高速运动。换句话说，电子不能想去哪里就去哪里，相反地，它们只能占据某些叫作“壳层”的特定空间。
为了理解这个概念，可以想象楼梯的样子。你每次可以向上或向下跨过一级或两级台阶，但你不能往上走一级半台阶。轨道上的电子也如此。电子必须占据一个特定绕核轨道（“台阶”），它们可以也确实能跃迁到其他轨道，但它们只能占据某一个特定轨道，不能停留在轨道之间。
这和光有什么关系呢？当然有关。当电子从一个轨道跃迁到另一轨道时，每一元素都会释放与众不同的光。于是科学家就可以根据元素发出的标志性的光来识别它们。上面的插图描绘了原子结构，质子（红色）和中子（黑色）在中心，而电子（蓝色）环绕原子核运动。
电子是如何登上那些较高的台阶的呢？当能量注入原子中，比如这个原子和其他原子碰撞或吸收电磁波，电子就能发生轨道跃迁。此时，电子上跳一级（或两级、三级）台阶，到达科学家称为“更高轨道”的地方。当电子回落到起始轨道时，以光波包的形式释放能量，该光波包称为光子。5
当这些光子产生时，它们以光速（3×10千米每秒）从原子中飞出。光子没有静止质量，不带电荷，但是具有特定的能量。这个特定能量像指纹一样反映了电子经历的轨道的精确变化。换句话说，光子能量严格取决于它从哪种台阶下来（从哪种原子出来），以及下了多少级（从哪个轨道开始到哪个轨道结束）。
当光子运动时，它们的行为也像波。光子中的能量决定了波的性质，也就是波长。光子能量越少，其波长越长，两个波峰之间的距离越大。光子的能量越高，波长就越短。光的强度（换句话，光波的振动幅度即振幅）取决于给定时间周期内有多少光子入射到一个特定点。
光子难以捉摸，是因为它不仅表现得像波，在某些情况下又表现得像粒子。在物理世界里，波和粒子通常具有相当不同的习性。例如，传统的波会扩展并占据一大片空间。与此相反，传统的粒子却有确定的位置。科学家发现光具有波粒二象性，这是科学上的重大突破，也令人惊奇不已。光由成千上万叫作光子的基本粒子组成，它们是能量波包。对光的研究揭示了构成所有物质的基本单元的信息，比如原子、离子和分子。这幅示意图显示了当电子从一个轨道跃迁到另一轨道时如何释放出一个叫作光子的能量波包。元素周期表有规则地显示了宇宙中自然存在的约100种元素成分的信息（人类合成了其他的）。每格字母上方的数字就是该种元素的原子序数。它代表了该元素一个原子中的质子数。
波长与频率
当你开始探讨光时，肯定会碰到“频率”这个术语。科学家和其他编写关于光的知识的人用频率去描述某种光具有多少能量。这听上去和波长一样让人惊讶，不是吗？确实是这样，而且理由充分。实际上，波长和频率是同一硬币的两面。频率是单位时间间隔内（比如说1秒）有多少个波峰通过某一点。因为光在真空中总是以同一确定的5速度（3×10千米每秒）传播，所以频率就和两个波峰间的距离即波长直接联系起来。比如说，一种光波1秒钟在我们面前出现1亿次峰值，频率就是1亿赫兹，波长就是光速除以频率，即3米。因为光速相同，所以如果另一波出现的峰值更多，它的频率更高，波长就更短。波长较短（或频率较高）的光比波长较长（或频率较低）的光具有更高的光子能量。
本书中，当我们讨论每种类型的光时，一般使用波长来衡量。由于历史或其他原因，有些类型的光和围绕它们发展的领域传统上使用频率来衡量，最常见的例子就是无线电波。想一下收音机的调谐钮，你是把它调到某一频率而不是某个特定波长上。为了简单起见，我们通篇使用“波长”。
伪彩色
正如本书将描述的那样，在人眼可见的范围之外有一个完整的光的宇宙。毫不夸张地说，人眼可见的光与无法看到的光相比极其有限。但是， 随着科技的进步，我们现在借助工具可以看见以前不可见的事物。科学家和其他探索这些非可见光的人们已经发展出许多方法，使得我们能够通过可视化“翻译”来看见这些原本不可见的图像。
类似于从一种语言到另一种语言的翻译，让人明白和理解的同时又不改变原意，这种可视化翻译保留了原始信息，将数据的表达变成了我们眼睛和大脑可以理解的形式。
我们可以用颜色表述看不见的光，由于有多种方法去实现，因此会有几种不同的术语。比如，“伪彩色”就广为流传。从某些方面来看，这个名字并不恰当，因为可能暗示这种附色方案是人为添加的假东西。因此，当人们用颜色去“翻译”本来不可见的数据时，会避免使用这个词，用“表象颜色”取代。
本书的底线是，所用的图至少要代表真实的科学数据（除非标记为艺术图），而颜色则用来帮助表现每一个数据集合所蕴含的科学与美丽。彩色化在许多领域都是重要的手段，无论从微观世界中的最小的（显微）到宏观世界中的最大的（天文），还是介于两者之间的（甚至是艺术）。
生物学家可能会挑选颜色来渲染一幅图像（比如说小鼠的脑部），选择特定的颜色以表达特定的结构。地质学家或许根据地形来给图附色。而天体物理学家可能想显示诸如铁或镁这样不同的元素在天体中的位置，他们可以通过给每一区域分配不同的颜色来实现。于是，如果你看到一个粉红色的行星或一个绿色的大脑，很可能你看的是一幅伪彩色图像，或者说表象颜色图像。这幅X光图显示的是超新星残留物G299.2-2.9, 那是一颗距离地球16000光年的大质量星死亡后留下的。每一种颜色表示在特定X光下发现的元素。比如，铁用绿色表示，硅和硫用蓝色表示。扫描电子显微镜用扫描标本时被反射的电子束来成像，产生的是灰度图。就像许多天文图一样，这些图产生后也必须加上颜色。这幅图显示了一个正死于癌症的细胞。在许多情况下，给一幅科学图添加颜色会帮助看图的人更好地理解图的信息。艺术家也可以用伪彩色即表象彩色作为一种表达方式。比如，这幅猫头骨的X光图，出于美感考虑而添加了颜色。这幅彩色编码的金星画像是根据多渠道收集的多年雷达数据制作而成的。图中红色代表山区，蓝色代表峡谷。地质学家对金星的地形感兴趣是源于它和我们行星的地形非常相似。注：在第2章，你将看到另一不同版本的金星，特意使用了接近我们眼睛真实观察时的颜色。拼接光谱
将光分类的最常用的方法之一就是按波长细分，本书也是这么做的。你也许听说过电磁辐射或光的全部波长范围叫作电磁波谱。经过多年研究，科学家已经将光分为7类。在随后的几章中，我们将根据光的波长也即它的光子能量来划分光的类别，分类探讨光的行为。
但是，这些分类并不是将光泾渭分明地严格分割。相反地，所有的光都在谱上连续分布。想象你正在驾驶一辆可以慢至1千米每小时、也可以快至300千米每小时的车。根据你的喜好，可以将车速分成特定的几挡。也许你有充分理由关注该车在时速160至190千米时的情况，但这不意味着它时速在158至160千米时表现会完全不同。基于同样的原因，在分界线附近，比如在无线电波和微波或X光和伽马光的分界线附近，光的特征和行为具有一定的连续性。
然而，光在光谱上有一些自然形成的划分。“可见”光是人眼可见的特定范围的光。威廉·赫歇尔1800年发现彩虹的红色端之外还有光时，将其命名为“红外光”（含义是红光之外）。同样地，约翰·里特尔发现彩虹另一端紫色之外的光时，就称之为“紫外光”。尽管由于直接或历史原因，光已按照某些方式进行了分类，但我们不要太关注一种光到底从哪里开始和到哪里结束这些细节。毕竟，它们都是光。
本书中按照光子能量从最小到最大把光分为7大类，依次为无线电波（也称射电波）、微波、红外光（也称红外线）、可见光、紫外光（也称紫外线）、X光（也称X射线）和伽马光（也称伽马射线）。
但请记住，它们代表的是同一辆车，只是行驶速度不同而已。从这里开始，我们将看一看每一类光，它能做什么，又如何改善我们的日常生活。当意大利科学家伽利略在400多年前第一次将他的望远镜指向天空时，这个工具拓展了他目力所及的范围。伽利略通过望远镜观察的可见光只是我们已知的宇宙辐射的全部光谱的一小段。整个光谱还包含波长较长的无线电波、微波和红外光，以及波长较短的紫外光、X光和伽马光。这幅示意图还显示了一些日常生活中使用不同类型光的例子，从微波炉到医用X光。彩虹通常分成人眼可见的6种颜色：红、橙、黄、绿、蓝和紫（以前还用靛表示介于蓝和紫之间的光，但现在不常用了）。但是，威廉·赫歇尔1800年发现红光之外还有一种不可见的光，将其命名为“红外光”。之后不久，约翰·里特尔想通过实验弄清楚紫光之外是否存在光。他发现确实存在光，并最终将其命名为“紫外光”。现在，我们把全部光谱分成7大类，包括无线电波（也称射电波）、微波、红外光（也称红外线）、可见光、紫外光（也称紫外线）、X光（也称X射线）和伽马光（也称伽马射线）。数千年来，人们一直在探索光，今天我们仍然在努力。历史上一些最聪明的大脑试图了解光是什么和光是如何作用的。比如，古希腊学者毕达哥拉斯、欧几里得和托勒密倾其心血探究光。一千多年前，阿拉伯学者在理解镜子、透镜和棱镜如何工作方面迈出了一大步。过去的几个世纪中，像艾萨克·牛顿、阿尔伯特·爱因斯坦等许多科学家竭力想弄清光到底是什么和光为什么会这样。光能做什么？在这张照片中，我们仅能看到光的几个特性。在探索可见光的第4章里，太阳照耀空中云朵使得晚霞泛红，这是因为太阳辐射的波长较长的红光通过大气层时比波长较短的蓝光散射得少。阳光也会被下方的水反射。图中，光照射到水面可以有许多不同的入射角度，因此光线也被反射到许多不同的方向。作者的说明
本书的目的很简单：首先，我们想让人们认识到有许多类型的光，不仅仅有可见光，那只是光谱里很窄的一段；其次，我们要展现每种光令人惊讶的特性；第三则是要阐述虽然光分为不同的类型，但它们本质上是相同的。同时，我们还想特别提到一些人，是他们的贡献使得我们可以理解和使用称之为光的神奇的东西。为了达到这些目标，我们将这些不同的专题分散到7章中，每一章讨论一种类型的光，分别为：无线电波、微波、红外光（也称红外线）、可见光、紫外光（也称紫外线）、X光（也称X射线）和伽马光（也称伽马射线）。
每章包括以下专题。
充满光的一天：本专题讲述光如何影响我们的日常生活。
焦点科学家：本专题介绍一些对光的研究做出重要贡献的人物，特别是在某类型光的早期发现阶段。这个专题还远不够全面，我们不得不略去许多关键的贡献者。我们希望为感兴趣的读者提供一个起点，由此了解更多有关这一领域的开拓者。
穿越宇宙：本专题是展示宇宙各种事物在该类光下的快照。除了可见光，大多数光一直到19世纪才为人所知。而且，大多数技术（包括能将望远镜和设备送到地球大气层之上的火箭）直到20世纪中叶才有。换句话说，我们在这百年里利用光了解的宇宙知识恐怕比之前几千年里只是用眼睛来观察星空学到的还多。
跨越光谱：本专题和各章其他部分的内容不同，我们聚焦于不同类型光的共性。简言之，我们想强调，尽管各类的光存在差异，但它们都是光。位于美国新墨西哥州索科罗的甚大阵（VLA）由27面射电天线组成，每面口径25米，重约230吨。
1 无线电波
无线电波这种光的光子能量是我们能探测的光中最低的。听起来它们似乎是光家族中的弱者，但实际上远非如此。无线电波功勋卓著，可以穿透多种物质，从通信到宇宙探测样样皆通。
波长：10厘米到约100千米
尺度：范围大，一般和建筑物差不多9
频率（赫兹）：<3×10-5
能量（电子伏）：< 10
能否到达地球表面：能
科学仪器：无线电广播、望远镜、发报机、气象雷达和其他雷达
无线电波集锦
占据光波波长最长的部分，而且光谱范围很大。
许多无线电波可以穿透地球上常见的物质，如空气、水和多种建筑材料。
自然界中的无线电波可以通过地球上的闪电和宇宙中的冷气云团、恒星和星系等天体辐射产生。充满光的一天我们在日常生活中的各个方面都使用无线电波，从手机到导航系统，再到车载无线电台。获得这些服务的主要通信手段就是无线电波。无线电波可利用类似照片中的碟式接收器等设备接收。该照片摄于挪威的海于格松。
清晨醒来，有些人喜欢先听到半导体收音机播放的声音，而不是闹钟不停的嗡嗡声。你每天早晨在收音机上听到的歌曲或新闻在变化，但它们都是通过无线电波广播的（通过收音机变换成了声波），这也许是你每天最先感受到的无线电波。如果你正在利用GPS前往新的地方、用无绳电话或手机打电话、使用带有蓝牙的设备，或者用遥控器打开车库门，你刚刚使用的就是无线电波。
让我们从电磁波谱远端的无线电波开始光的旅程。无线电波在电磁波谱的长波端，而且跨越了极宽的波长范围。最短的无线电波的波长仅为10厘米，最长的无线电波波峰间的距离（波长）延展至100千米。需提醒读者注意的是，广义的无线电波也包括微波在内。
无线电波波峰间的长距离使其具有特殊能力：它们在传播过程中可以不受其他小东西的干扰。为了明白其中的道理，可以想象一下一头大象和一只会飞的小昆虫在一起。小昆虫可以在大象周围随意地飞来飞去，但几乎不会让这个皮糙肉厚的动物慢下来。但是，如果一只小昆虫试图破坏另一只小昆虫的飞行路线就容易成功，这是因为它们大小相同。
无线电波是光王国的大象（至少对这个类比来说）。它们的波长相当长，不会受到其他小东西的影响，可以穿透许多物质，如空气、水和混凝土。地球大气中的原子或建筑物墙面上的石膏分子就是小昆虫，不会影响我们无线电波大象的漫步。
因为这个“超能力”特性，无线电波被广泛应用，当然也包括广播。如果你像我们大多数人一样用过收音机，你就知道每个电台都有一个频率。我们在“从什么是光说起”中讨论过，频率和波长是对应的。每个电台都在政府部门指定的某一频率上广播，听众可以在各种收听设备上转动拨盘或前后移动箭头来调谐，选听特定频率的广播。我们能“听见”无线电波吗？说到声波，提个问题：我们能在太空里听见你尖叫吗？也就是说，如果你真有幸到了太空中，碰巧我们和你在一起，我们能听见你尖叫吗？这时如果有足够的空气供你尖叫，而且我们也能与你共享这些空气，我们就能听见。但是，如果你漂浮到真空环境中，又不穿宇航服，就没有空气让你发出尖叫，即使你可以发声，没有空气也无法传声。而且，缺乏空气还会带来比能否听到你尖叫更严重更急迫的问题。这张照片拍摄的是NASA宇航员布鲁斯·麦肯德利斯二世1984年漫步到挑战者号航天飞机外几米远的地方，自由漂浮在太空中。
正如它们的名字所隐含的那样，无线电波和其他类型的电磁辐射一样按波的形式运动。将人声或音乐加载到正在发射的具有特定波长的无线电波上，无线电广播信息就被这些无线电波携带和传送。实现载波的方法是通过改变振幅（叫作“调幅”，缩写为AM），或通过稍微改变波峰的间距（“调频”，缩写为FM）。这两种无线电广播占据特定的无线电波波段：调幅台的载波波长在一两百米（小于300米），而调频信号的载波波长通常在3米左右。
这里我们需要花点时间澄清一个常见的误解：无线电波常被误认为是它的“表兄弟”——声波。大多数人每天都会听到声波，就是声波将声音传到人耳。无线电波和声波的一个关键区别是它们传播的环境。无线电波和所有电磁波一样，可以在真空中自由地一直向前传播。与此相反，声波是压缩它所在的传播的介质（比如空气）产生的波。没有介质，声波就不存在。另一主要区别是传播速度的差别。声波以声速传播，在海平面约为1200千米每小时（340米每秒）。而无线电波是光速俱乐部的成员，传播速度约为299 792 458米每秒。
无线电波和声波间的联系是什么呢？是我们建造的将两者互相转换的机器。无线电广播发射器将声波转换成无线电波。无线电接收器反之，它接收无线电波，转换成喇叭的机械振动，从而产生了我们能听见的声波。
但是，无线电波能做的事情远远不止作为调幅或调频电台的载波。在自然界中，闪电产生地球上的无线电波，从星系到黑洞的许多天体可以产生宇宙中的无线电波。
焦点科学家海因里希·赫兹
海因里希·鲁道夫·赫兹是德国科学家，他在19世纪后期证明了电磁波的存在。赫兹不仅能够产生和传送无线电波，而且认识到（并演示了）无线电波本质上是电磁辐射。（电磁波理论是另外一位科学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦在1865年首次提出的。）赫兹去世的时候只有36岁，虽然他的职业生涯很短暂，但他完成了许多实验。比如，他演示了无线电波的速度和可见光等其他电磁波的速度一样。这证明了无线电波和其他电磁波本质上是类似的，因而可以看成是光的另外一个类型。或许他的最重要的贡献是他演示了无线电波这类光脉冲可以无线传送，从而开启了电报之门，并最终开启了今天使用的无数“无线”技术之门。许多年后，赫兹这个姓氏就被用作频率单位（简写为Hz），它是波每秒从波峰到波峰重复的次数。全球定位系统（GPS）将一系列轨道卫星和地面站组合在一起，它们原本是为军用设计的。现在，GPS卫星每12小时绕地球一周，不断地向接收器发送无线电信号。
地外文明探索和“哇！”信号
如果你曾想知道宇宙中是否只有我们自己这种智慧生物独自存在，那么你可以高兴的是许多人也一直在思索同样的问题。如果有其他文明，它有多远？我们如何能与它沟通？地外文明探索（SETI）项目就是想要研究这个问题。因为无线电波可以几乎毫无阻挡地穿过宇宙中的气体和尘埃，科学家猜测无线电波可能就是外星文明用来和其他文明联系的那种光。
1977年，美国俄亥俄州立大学的一架射电望远镜探测到一个信号，它比我们周围的典型背景噪声强30倍。这个无线电波信号持续了72秒，但后来再也没有收到过。根据右边的图，你可能猜到为什么这么有名的信号被昵称为“哇！（Wow！）”。它究竟是计算机故障，还是来自太空，或者完全是其他来源，我们很可能永远没有答案，因为没法检验或证实它。但它是搜寻地外智慧生命的历史中引人注目的重要时刻。这幅图是著名的“哇！（Wow！）”信号的彩色扫描件，原本是打印资料上标注的感叹词。宝贵的波长“不动产”
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