在我們?nèi)粘I钪校芏嗳硕紩l(fā)現(xiàn),把一個物體不斷加熱,溫度達到一定程度,就會發(fā)光,甚至?xí)紵S谑呛芏嗳硕紩J(rèn)為物體溫度高到一定程度就會發(fā)光。

確實沒錯,但并不嚴(yán)謹(jǐn)。嚴(yán)格來講,溫度發(fā)光與否與溫度沒有太大關(guān)系,任何物體都會不斷地向外發(fā)光,不管溫度高低。只要溫度高于絕對零度,都會發(fā)光,而自然界中絕對零度恰恰是溫度的最低極限值。
只不過我們平時所說的“發(fā)光”指的是人類能觀察到的“可見光”。不過可見光只是光譜中非常狹窄的一部分,大部分光譜我們都不能用眼睛直接觀察到。
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要想徹底搞明白,我們需要理解幾個概念。
黑體:
黑體,是一種理想中的物體,理論上不反射光也不透射光的物體就是黑體,通俗地講,所有外來的電磁輻射都會被其吸收動物物體就是黑體。黑體,并不代表物體就是黑色的。同時,黑體并不都是不能發(fā)光的,因為黑體也可以有特定溫度,也可以發(fā)光。
比如說,我們最常見的太陽,就可以基本看作是一個黑體,因為射入太陽的電磁輻射都很難再出來,太陽不反射光,也不透射光,所以認(rèn)為太陽就是黑體。
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不過嚴(yán)格來講,絕對的黑體是不存在的,科學(xué)上假設(shè)黑體的概念,主要是未來探討一些熱力學(xué)問題,因為黑體相對簡單,不用考慮反射透射等比較復(fù)雜的情況。
科學(xué)家可以用“黑體”的這種簡單性來描述物體因受熱而發(fā)光的情況,就好比我們經(jīng)常用“剛體”(絕對不變形)描述物體受力一樣。剛體在現(xiàn)實中也是不存在的。
第二個概念色溫:
黑體的溫度越高,發(fā)出的光波長越短,頻率越高。色溫就是利用黑體這種規(guī)律來描述光色彩的一個量。由于存在太多的色彩,給每種色彩都取名太難了,所以科學(xué)家就用數(shù)量來描述無窮的色彩。
色溫的反問從絕對零度(0K)開始,理論上是沒有溫度上限的。
舉個例子,如果一個單色光源發(fā)光的顏色與黑體在3000度的顏色一樣,那么這個光源發(fā)光的色溫就是(3000+273)K。
這說明了,物體的溫度只要高于絕對零度,就會發(fā)光向外輻射光子,與黑體不同之處在于,普通物體會反射光子,而黑體不會。
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平時生活中我們會注意到這種現(xiàn)象,一塊金屬只有在加熱到一定溫度時才會發(fā)光,而且發(fā)紅光,這并不是說金屬塊只有在加熱到一定溫度時才發(fā)光,只是金屬塊在低溫時發(fā)出的光頻率比較低,低于紅色光,而紅光是我們眼睛能看到的光頻率下限。在更低的溫度,金屬只能向外發(fā)出紅外光,而我們的眼睛看不到紅外光。
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比如說,人體也一直在“發(fā)光”,只不過發(fā)出的是紅外線,人眼睛是看不到的,如果你戴上紅外線眼鏡,就能清楚地看到了。
看到這里,或許你會有更大的疑問:為何所有物體都會發(fā)光?不發(fā)光不行嗎?
我們需要明白光的本質(zhì),光到底是什么?
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光,其實很簡單,它就是電子在躍遷的過程中釋放出來的能量,電磁場能量,光其實就是能量。只要電子發(fā)生躍遷,就會向外釋放光子(能量)。反過來,只要電子吸收一定數(shù)量的光子(能量),就會發(fā)生躍遷。這種躍遷其實就是電子基態(tài)與激發(fā)態(tài)之間的不斷轉(zhuǎn)換。
位于基態(tài)的電子受到外界干擾(吸收光子能量),就會“出軌”躍遷到外層軌道,也就是激發(fā)態(tài)。電子就像彈簧一樣,被外界光子擾動,但是電子還是會“彈回來的”,因為理論上基態(tài)才是電子相對最穩(wěn)定的形態(tài)。要想回到基態(tài),電子必須把吸收的光子再釋放出來。光子釋放出來之后,就可能會被下一個原子的外層電子吸收再釋放,一直這樣循環(huán)。
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其實太陽發(fā)光的簡單原理就是這樣的,光子在太陽核心產(chǎn)生,然后開始向外傳遞,經(jīng)過無窮的電子吸收釋放,最終才能到達太陽表層,這個過程需要數(shù)萬年時間!
也就是說,我們看到的太陽光其實并不是8分鐘之前的,而是數(shù)萬年之前的!
我們所說的絕對零度,指的是一切微觀粒子都靜止時的溫度,但由于量子世界的不確定性存在,電子是不可能靜止的,所以絕對零度不存在,現(xiàn)實中根本不存在不發(fā)光的物體。
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即使是詭異的黑洞,也會向外輻射能量,只不過非常微弱。比如說,一個太陽質(zhì)量大小的黑洞,色溫只有0.06172x10^-6K,已經(jīng)非常接近絕對零度了!而上世紀(jì)60年代科學(xué)家觀察到的宇宙微波背景輻射的溫度也可以達到2.725k,溫度比黑洞還要高點。
總之,自然界中任何物體都會發(fā)光,并不是說“溫度高到一定程度才會發(fā)光”,人的眼睛能感知到的光太有限了,我們需要借助特殊的儀器才能看到其他的光!
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