原标题:物体温度高到一定程度就会发光?
在我们日常生活中,很多人都会发现,把一个物体不断加热,温度达到一定程度,就会发光,甚至会燃烧。于是很多人都会认为物体温度高到一定程度就会发光。
确实没错,但并不严谨。严格来讲,温度发光与否与温度没有太大关系,任何物体都会不断地向外发光,不管温度高低。只要温度高于绝对零度,都会发光,而自然界中绝对零度恰恰是温度的最低极限值。
只不过我们平时所说的“发光”指的是人类能观察到的“可见光”。不过可见光只是光谱中非常狭窄的一部分,大部分光谱我们都不能用眼睛直接观察到。
要想彻底搞明白,我们需要理解几个概念。
黑体:
黑体,是一种理想中的物体,理论上不反射光也不透射光的物体就是黑体,通俗地讲,所有外来的电磁辐射都会被其吸收动物物体就是黑体。黑体,并不代表物体就是黑色的。同时,黑体并不都是不能发光的,因为黑体也可以有特定温度,也可以发光。
比如说,我们最常见的太阳,就可以基本看做是一个黑体,因为射入太阳的电磁辐射都很难再出来,太阳不反射光,也不透射光,所以认为太阳就是黑体。
不过严格来讲,绝对的黑体是不存在的,科学上假设黑体的概念,主要是未来探讨一些热力学问题,因为黑体相对简单,不用考虑反射透射等比较复杂的情况。
科学家可以用“黑体”的这种简单性来描述物体因受热而发光的情况,就好比我们经常用“刚体”(绝对不变形)描述物体受力一样。刚体在现实中也是不存在的。
第二个概念色温:
黑体的温度越高,发出的光波长越短,频率越高。色温就是利用黑体这种规律来描述光色彩的一个量。由于存在太多的色彩,给每种色彩都取名太难了,所以科学家就用数量来描述无穷的色彩。
色温的反问从绝对零度(0K)开始,理论上是没有温度上限的。
举个例子,如果一个单色光源发光的颜色与黑体在3000度的颜色一样,那么这个光源发光的色温就是(3000+273)K。
这说明了,物体的温度只要高于绝对零度,就会发光向外辐射光子,与黑体不同之处在于,普通物体会反射光子,而黑体不会。
平时生活中我们会注意到这种现象,一块金属只有在加热到一定温度时才会发光,而且发红光,这并不是说金属块只有在加热到一定温度时才发光,只是金属块在低温时发出的光频率比较低,低于红色光,而红光是我们眼睛能看到的光频率下限。在更低的温度,金属只能向外发出红外光,而我们的眼睛看不到红外光。
比如说,人体也一直在“发光”,只不过发出的是红外线,人眼睛是看不到的,如果你戴上红外线眼镜,就能清楚地看到了。
看到这里,或许你会有更大的疑问:为何所有物体都会发光?不发光不行吗?
我们需要明白光的本质,光到底是什么?
光,其实很简单,它就是电子在跃迁的过程中释放出来的能量,电磁场能量,光其实就是能量。只要电子发生跃迁,就会向外释放光子(能量)。反过来,只要电子吸收一定数量的光子(能量),就会发生跃迁。这种跃迁其实就是电子基态与激发态之间的不断转换。
位于基态的电子受到外界干扰(吸收光子能量),就会“出轨”跃迁到外层轨道,也就是激发态。电子就像弹簧一样,被外界光子扰动,但是电子还是会“弹回来的”,因为理论上基态才是电子相对最稳定的形态。要想回到基态,电子必须把吸收的光子再释放出来。光子释放出来之后,就可能会被下一个原子的外层电子吸收再释放,一直这样循环。
其实太阳发光的简单原理就是这样的,光子在太阳核心产生,然后开始向外传递,经过无穷的电子吸收释放,最终才能到达太阳表层,这个过程需要数万年时间!
也就是说,我们看到的太阳光其实并不是8分钟之前的,而是数万年之前的!
我们所说的绝对零度,指的是一切微观粒子都静止时的温度,但由于量子世界的不确定性存在,电子是不可能静止的,所以绝对零度不存在,现实中根本不存在不发光的物体。
即使是诡异的黑洞,也会向外辐射能量,只不过非常微弱。比如说,一个太阳质量大小的黑洞,色温只有0.06172x10^-6K,已经非常接近绝对零度了!而上世纪60年代科学家观察到的宇宙微波背景辐射的温度也可以达到2.725k,温度比黑洞还要高点。
总之,自然界中任何物体都会发光,并不是说“温度高到一定程度才会发光”,人的眼睛能感知到的光太有限了,我们需要借助特殊的仪器才能看到其他的光!
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