發光的本質是什麽?
如果要排個物理學史上的科學家排行榜,有三位仁兄是毋庸置疑的前三,他們就是牛頓、麥克斯韋和愛因斯坦。這三位大佬都屬於憑借自己一個人之力就完成了一個偉大理論。其中,牛頓提出了萬有重力定律和力學三大定律;愛因斯坦提出了相對論;而麥克斯韋則是統一了電磁學,他提出了 麥克斯韋方程式 ,並且預言了電磁波的存在以及光是一種電磁波。
也就是說,我們肉眼看到的「光」本質上是電磁波大家族的一份子,所以電磁波家族的其他成員某種程度上也可以被看成是「光」,只是我們肉眼看不到的光而已。 那「光」和溫度有什麽關系呢?
科學家就發現,在我們這個宇宙中,凡是高於 絕對零度 (零下273.15度)的物體都會輻射電磁波(發光);同時我們根據 熱力學第三定律 可知:絕對零度是達不到的。於是,我可以得出一個結論:宇宙中所有的物體都在「發光」,只不過大部份的「光」是我們肉眼看不到的,只有一小部份「光」是我們肉眼看得到的,也就是可見光。
舉個例子,人體就是時時刻刻輻射電磁波,這個電磁波屬於紅外波段,所以我們肉眼看不到。
即便黑洞這樣的「怪物」,由於自身重力特別大,連光都逃不出黑洞的「手掌心」,但是黑洞也是會向外輻射電磁波的,這也被稱為黑洞蒸發,也叫作 霍金輻射 ,因為這是由物理學家霍金等人提出來的。
除此之外,之前著名的「黑洞照片」中的光實際上也是科學家後來繪制上去的,它發出的射線實際上是我們肉眼看不到的。
按照目前的主流科學理論,宇宙起源於138億年前的一次大爆炸,這次大爆炸產生的余溫如今還在,是遍布全宇宙的背景輻射,被稱為宇宙 微波背景輻射 ,溫度是2.72K,只比絕對零度高2.7度。
所以,並不是溫度高到一定程度才會有發光。而是只要有溫度,就會有「光」。只是不同的溫度對應的「光」是不同的。溫度較低的物體輻射出來電磁波屬於微波,波長較長,能量較小,而溫度高的物體輻射出來的電磁波波長會更短,能量會更大。
以地球大氣受熱為例
就拿太陽來說,太陽輻射是地球能量的主要來源,太陽表面的溫度達到了5000~6000攝氏度,它輻射出來的電磁波主要是可將光波段和紫外線。所以,大部份的太陽光是我們肉眼可見的。
太陽輻射的電磁波到達地球後,會被地球的大氣層削弱50%,這其中主要包括反射和散射,還有一部份是被大氣層中的臭氧和二氧化碳所吸收,吸收的紫外線部份。剩余的太陽輻射會透過大氣層,直達地球表面,地球接收了這部份電磁波,同時也會向外輻射,但是地表的溫度更低一些,輻射出來的電磁波屬於微波,也就是波長較長、能量較低的電磁波。這部份電磁波就是我們肉眼看不到的。同樣地,地表輻射出來的電磁波也會有一部份被大氣所吸收,大氣層也會升溫,同時輻射出電磁波,由於溫度也不高,所以大氣輻射的也是波長較長的電磁波,這也被稱為大氣逆輻射。
總結
透過地球的大氣受熱,你應該就能夠看出不同的溫度下,輻射出的電磁波是不一樣的,溫度越高,輻射出來的電磁波能量越大,波長越短。
如果我們只聚焦到可將光波段,溫度越高,對應的就是越往藍色端的火焰,也就是藍色或者紫色火焰,如果溫度還要更高一些,那就會輻射出紫外波段的電磁波,而我們肉眼看不到;溫度越低,對應的就是越往紅色短的火焰,如果溫度還要更低一些,那就會輻射出紅外波段的電磁波,我們肉眼也看不到,人體輻射出來的就是屬於溫度較低的紅外波段的電磁波。
但這一切都是由一個前提條件的,那就是宇宙中所有的物質都會輻射電磁波,除非這個物質可以達到絕對零度的情況,但這在目前的物理學理論框架下是不被允許的。