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为什么有些物体温度高到一定程度就会发光?
实际上 , 所有物体都会发光 , 或者说 , 只要是绝对零度以上的物体都会发光 。我们人类观察到的有些物体温度高到一定程度就会发光只不过是发光的光波频率进入到了可见光的波段 , 因而我们的眼睛可以观察到而已 。要理解这些东西 , 需要了解几个基本概念:黑体黑体是理论上的一种理想物体 , 它不反射或者透射任何光 。但是黑体自身可以发出热辐射 , 也就是“发光” 。
黑体会因为加热而发光(发射光子辐射) , 并随着温度的升高而发射不同频率的光子 。假设黑体这种理论性的概念 , 主要是为了探讨热力学的一些问题 , 因为不用考虑黑体的反射和透射等复杂的情况 。当然 , 在现实世界中 , 是不存在黑体这种东西的 。上图:被加热的铁钉 , 透出红光 。所以我们就可以用“黑体”来描述物体因为受热而发光的情况 , 这类似于我们用“刚体”来描述物体受力的情况一样 。
色温前面说了 , 黑体温度越高 , 其发光的波长就越短 , 频率就越高 。而色温就是利用了黑体这一规律来描述光的色彩的一个量 。因为我们没办法给所有的色彩都取一个名字 , 因此我们可以用一个数量来描述无穷的色彩 。色温就采用了黑体在不同的温度下辐射出的光子的颜色的那个温度值作为描述颜色的方法 。色温的范围即从绝对零度(0K)开始 , 向上可以上升到温度的上限(这个上限可能是哈格多恩温度 , 大约是2万亿K , 此温度下夸克直接转化为能量) 。
例如:如过一个单色光源发出的光 , 其颜色与绝对黑体在3527℃时的颜色相同 , 那么这只灯泡发出的光的色温就是:(3527 273)K=3800K 。色温的范围也说明了 , 任何物体只要温度高于绝对零度 , 就会辐射出光子 , 它们与黑体的差异只在于它们可能还会反射环境的光子 。我们看到金属在加热时发红 , 并不是说是金属加热到某个温度才开始辐射光 , 而是金属在低温时辐射的光子的频率低于红色光 。
因为红色光是我们的视觉能够感知的光的下限 , 金属在更低的温度下只能辐射红外光 , 甚至远红外光 , 这些光我们无法看到 , 但并不能说那金属就没有发光 。上图:一个简化的黑体辐射谱(不是彩虹旗)如果有专业的仪器 , 我们甚至可以在0度以下探测到金属发出的光 , 只是这探测仪器恐怕需要非常灵敏才行 。为什么一切物体都在发光?这是因为 , 光的本质实际上就是电子振动所辐射出来的电磁场能量 。
或者说光子就是电子所产生的静电场振动所产生的时空的涟漪(这类似引力波是物质振动所产生的时空涟漪) 。只要电子有振动 , 就会释放光子 , 而且无论多么微弱也是光啊 。而温度的本质 , 实际上就是多个原子接受机械动能之后产生的集体振动 , 这种振动的能量会在原子之间传导 , 在宏观上就形成“热”效应 。但这种振动并非简单地是原子之间的刚性碰撞 , 因为原子核外的电子还会被这种动能扰动 , 发生能量的转储过程 , 即部分电子因为外部动能的干扰而“脱轨”(专业术语叫“激发”) , 电子被激发的后果就是电子会“出轨”到更外层的轨道 , 然后导致原子的电场发生扰动 。

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