在日常生活中,我們常常會看到很多高溫的物質(zhì)會發(fā)光,比如:火焰。那這是不是就意味著物體到達(dá)一定溫度后都會發(fā)光?事實(shí)其實(shí)并非如此,宇宙中的萬物都能會發(fā)光,只是我們看不到罷了。關(guān)于這個(gè)問題,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,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,光的粒子說占據(jù)了主導(dǎo)。
后來,經(jīng)過一群電磁學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家的努力,尤其是麥克斯韋,光的波動說占據(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光光譜,是電磁波光譜的一部分。也就是說,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:眼見并不一定為實(shí)。
現(xiàn)在的天文觀測設(shè)備就不僅僅局限在可見光波段,還會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射線天文臺主要就是覆蓋:軟X射線波段;
康普頓伽馬射線天文臺主要就是覆蓋: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,光具有粒子性,也具有波動性,牛頓的粒子說是對的,麥克斯韋的波動說也是對的。
光的由來
了解了上文內(nèi)容,我們就很容易發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題,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。就拿太陽來說,我們平時(shí)看到太陽是黃色的。
但實(shí)際上,太陽的光譜峰值位于藍(lán)綠色之間。因?yàn)槲覀內(nèi)庋鄣恼`差,我們看不到太陽發(fā)出的綠色,因此,實(shí)際上太陽應(yīng)該是綠色的。不過,據(jù)說在這世界上有極其少的人因?yàn)榛蛲蛔?,可以看到綠色的太陽。
所以,這再一次印證了“眼見并不一定為實(shí)”。那光到底是如何產(chǎn)生的呢?
科學(xué)家發(fā)現(xiàn),凡是高于絕對零度的物體,都會向外輻射光(電磁波)。這也是為什么人體也會發(fā)光的原因。那具體是如何發(fā)光的呢?
我們都知道,萬物都是由原子構(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)候電子就會損失能量,這部分能量就會以光的形式釋放出來。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零度狀態(tài)??墒前凑諢崃W(xué)第三定律,物質(zhì)是沒有可能達(dá)到絕對零度的。
也就是說,無論物體處于什么情況,都會向外輻射光,而不是當(dāng)物體溫度很高時(shí)才會輻射光。
除了電子能級變化會產(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光,是電磁波的一部分。凡是高于絕對零度的物體都會發(fā)出光,只是大多數(shù)光不在可見光波段,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)到絕對零度,因此,宇宙中的萬物都會輻射光。光主要來源于兩種形式:電子從高能量狀態(tài)轉(zhuǎn)化成低能量狀態(tài)會輻射光,其次原子核的衰變,核聚變,核裂變也會產(chǎn)生光。
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