在日常生活中,我們常常會(huì)看到很多高溫的物質(zhì)會(huì)發(fā)光,比如:火焰。那這是不是就意味著物體到達(dá)一定溫度后都會(huì)發(fā)光?事實(shí)其實(shí)并非如此,宇宙中的萬(wàn)物都能會(huì)發(fā)光,只是我們看不到罷了。關(guān)于這個(gè)問(wèn)題,其實(shí)我們要先搞清楚什么是光?
光的本質(zhì)
早在1666年,牛頓就最先利用三菱鏡進(jìn)行分光實(shí)驗(yàn),觀察到了光的色散。把一束白光分解成了彩色光譜。
后來(lái),牛頓完成了一部巨著《光學(xué)》。這部《光學(xué)》也成為了光學(xué)領(lǐng)域的奠基之作。牛頓提出了一個(gè)觀念:光是一種粒子。
幾乎在同一時(shí)期,學(xué)術(shù)界還有一位大神提出了完全不同的看法,他就是惠更斯,他認(rèn)為光是一種波。在那個(gè)時(shí)期,牛頓是學(xué)術(shù)圈毋庸置疑的霸主。因此,光的粒子說(shuō)占據(jù)了主導(dǎo)。
后來(lái),經(jīng)過(guò)一群電磁學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家的努力,尤其是麥克斯韋,光的波動(dòng)說(shuō)占據(jù)了主導(dǎo)。麥克斯韋提出麥克斯韋方程,統(tǒng)一了電和磁,還預(yù)言了電磁波的存在。同時(shí),他還提出光就是電磁波。
牛頓的分光實(shí)驗(yàn)中,看到的彩色光譜就是可見(jiàn)光光譜,是電磁波光譜的一部分。也就是說(shuō),其實(shí)還存在著許多我們看不到的“光(電磁波)”,肉眼能看到的光只是整個(gè)電磁波光譜中的一小部分。這件事告訴我們一個(gè)道理:眼見(jiàn)并不一定為實(shí)。
現(xiàn)在的天文觀測(cè)設(shè)備就不僅僅局限在可見(jiàn)光波段,還會(huì)涉及很多其他的波段。比如:
哈勃空間望遠(yuǎn)鏡主要就是覆蓋:可見(jiàn)光和近紫外波段;
斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡主要就是覆蓋:紅外波段;
錢德拉X射線天文臺(tái)主要就是覆蓋:軟X射線波段;
康普頓伽馬射線天文臺(tái)主要就是覆蓋:伽瑪射線波段和硬X射線波段。
隨著20世紀(jì)量子力學(xué)的發(fā)展,對(duì)于“光的本質(zhì)”的探究也進(jìn)入到了全新的階段。如今我們知道,光具有波粒二象性。也就是說(shuō),光具有粒子性,也具有波動(dòng)性,牛頓的粒子說(shuō)是對(duì)的,麥克斯韋的波動(dòng)說(shuō)也是對(duì)的。
光的由來(lái)
了解了上文內(nèi)容,我們就很容易發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題,可能有些物體也在發(fā)光,只是因?yàn)榘l(fā)出的不是在可見(jiàn)光波段內(nèi),所以我們看不到。我們舉幾個(gè)例子。
我們每個(gè)人時(shí)時(shí)刻刻都在發(fā)光,只不過(guò)人體發(fā)出的光在紅外波段,因此,肉眼是看不到的。
除此之外,許多天體發(fā)出的光也不在可見(jiàn)光波段。甚至很多天體發(fā)的光要比我們看到的不一樣一些。就拿太陽(yáng)來(lái)說(shuō),我們平時(shí)看到太陽(yáng)是黃色的。
但實(shí)際上,太陽(yáng)的光譜峰值位于藍(lán)綠色之間。因?yàn)槲覀內(nèi)庋鄣恼`差,我們看不到太陽(yáng)發(fā)出的綠色,因此,實(shí)際上太陽(yáng)應(yīng)該是綠色的。不過(guò),據(jù)說(shuō)在這世界上有極其少的人因?yàn)榛蛲蛔儯梢钥吹骄G色的太陽(yáng)。
所以,這再一次印證了“眼見(jiàn)并不一定為實(shí)”。那光到底是如何產(chǎn)生的呢?
科學(xué)家發(fā)現(xiàn),凡是高于絕對(duì)零度的物體,都會(huì)向外輻射光(電磁波)。這也是為什么人體也會(huì)發(fā)光的原因。那具體是如何發(fā)光的呢?
我們都知道,萬(wàn)物都是由原子構(gòu)成的。原子內(nèi)有電子和原子核。電子在原子核外圍呈現(xiàn)概率云分布。
當(dāng)電子從高能量狀態(tài)轉(zhuǎn)變到低能量狀態(tài)時(shí),這時(shí)候電子就會(huì)損失能量,這部分能量就會(huì)以光的形式釋放出來(lái)。因此,想要物體不發(fā)光,除非電子都要處于最低能量狀態(tài),這其實(shí)就需要物體處于絕對(duì)零度狀態(tài)??墒前凑諢崃W(xué)第三定律,物質(zhì)是沒(méi)有可能達(dá)到絕對(duì)零度的。
也就是說(shuō),無(wú)論物體處于什么情況,都會(huì)向外輻射光,而不是當(dāng)物體溫度很高時(shí)才會(huì)輻射光。
除了電子能級(jí)變化會(huì)產(chǎn)生光,其實(shí)原子核如果發(fā)生了衰變,裂變或者核聚變,也會(huì)向外輻射光子。氫彈就是利用核聚變反應(yīng)向外輻射大量的能量。
總結(jié)
光具有波粒二象性,既是粒子,又是電磁波。肉眼可以看到的光屬于可見(jiàn)光,是電磁波的一部分。凡是高于絕對(duì)零度的物體都會(huì)發(fā)出光,只是大多數(shù)光不在可見(jiàn)光波段,所以我們看不到。根據(jù)熱力學(xué)第三定律,物質(zhì)不可能達(dá)到絕對(duì)零度,因此,宇宙中的萬(wàn)物都會(huì)輻射光。光主要來(lái)源于兩種形式:電子從高能量狀態(tài)轉(zhuǎn)化成低能量狀態(tài)會(huì)輻射光,其次原子核的衰變,核聚變,核裂變也會(huì)產(chǎn)生光。
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