在日常生活中,我们常常会看到很多高温的物质会发光,比如:火焰。那这是不是就意味着物体到达一定温度后都会发光?事实其实并非如此,宇宙中的万物都能会发光,只是我们看不到罢了。关于这个问题,其实我们要先搞清楚什么是光?
光的本质
早在1666年,牛顿就最先利用三菱镜进行分光实验,观察到了光的色散。把一束白光分解成了彩色光谱。
后来,牛顿完成了一部巨著《光学》。这部《光学》也成为了光学领域的奠基之作。牛顿提出了一个观念:光是一种粒子。
几乎在同一时期,学术界还有一位大神提出了完全不同的看法,他就是惠更斯,他认为光是一种波。在那个时期,牛顿是学术圈毋庸置疑的霸主。因此,光的粒子说占据了主导。
后来,经过一群电磁学领域的科学家的努力,尤其是麦克斯韦,光的波动说占据了主导。麦克斯韦提出麦克斯韦方程,统一了电和磁,还预言了电磁波的存在。同时,他还提出光就是电磁波。
牛顿的分光实验中,看到的彩色光谱就是可见光光谱,是电磁波光谱的一部分。也就是说,其实还存在着许多我们看不到的“光(电磁波)”,肉眼能看到的光只是整个电磁波光谱中的一小部分。这件事告诉我们一个道理:眼见并不一定为实。
现在的天文观测设备就不仅仅局限在可见光波段,还会涉及很多其他的波段。比如:
哈勃空间望远镜主要就是覆盖:可见光和近紫外波段;
斯皮策空间望远镜主要就是覆盖:红外波段;
钱德拉X射线天文台主要就是覆盖:软X射线波段;
康普顿伽马射线天文台主要就是覆盖:伽玛射线波段和硬X射线波段。
随着20世纪量子力学的发展,对于“光的本质”的探究也进入到了全新的阶段。如今我们知道,光具有波粒二象性。也就是说,光具有粒子性,也具有波动性,牛顿的粒子说是对的,麦克斯韦的波动说也是对的。
光的由来
了解了上文内容,我们就很容易发现一个问题,可能有些物体也在发光,只是因为发出的不是在可见光波段内,所以我们看不到。我们举几个例子。
我们每个人时时刻刻都在发光,只不过人体发出的光在红外波段,因此,肉眼是看不到的。
除此之外,许多天体发出的光也不在可见光波段。甚至很多天体发的光要比我们看到的不一样一些。就拿太阳来说,我们平时看到太阳是黄色的。
但实际上,太阳的光谱峰值位于蓝绿色之间。因为我们肉眼的误差,我们看不到太阳发出的绿色,因此,实际上太阳应该是绿色的。不过,据说在这世界上有极其少的人因为基因突变,可以看到绿色的太阳。
所以,这再一次印证了“眼见并不一定为实”。那光到底是如何产生的呢?
科学家发现,凡是高于绝对零度的物体,都会向外辐射光(电磁波)。这也是为什么人体也会发光的原因。那具体是如何发光的呢?
我们都知道,万物都是由原子构成的。原子内有电子和原子核。电子在原子核外围呈现概率云分布。
当电子从高能量状态转变到低能量状态时,这时候电子就会损失能量,这部分能量就会以光的形式释放出来。因此,想要物体不发光,除非电子都要处于最低能量状态,这其实就需要物体处于绝对零度状态。可是按照热力学第三定律,物质是没有可能达到绝对零度的。
也就是说,无论物体处于什么情况,都会向外辐射光,而不是当物体温度很高时才会辐射光。
除了电子能级变化会产生光,其实原子核如果发生了衰变,裂变或者核聚变,也会向外辐射光子。氢弹就是利用核聚变反应向外辐射大量的能量。
总结
光具有波粒二象性,既是粒子,又是电磁波。肉眼可以看到的光属于可见光,是电磁波的一部分。凡是高于绝对零度的物体都会发出光,只是大多数光不在可见光波段,所以我们看不到。根据热力学第三定律,物质不可能达到绝对零度,因此,宇宙中的万物都会辐射光。光主要来源于两种形式:电子从高能量状态转化成低能量状态会辐射光,其次原子核的衰变,核聚变,核裂变也会产生光。