为什么物体会发光?发光和温度有什么关系?

发光的本质是什么?

如果要排个物理学史上的科学家排行榜,有三位仁兄是毋庸置疑的前三,他们就是牛顿、麦克斯韦和爱因斯坦。这三位大佬都属于凭借自己一个人之力就完成了一个伟大理论。其中,牛顿提出了万有引力定律和力学三大定律;爱因斯坦提出了相对论;而麦克斯韦则是统一了电磁学,他提出了麦克斯韦方程,并且预言了电磁波的存在以及光是一种电磁波。

也就是说,我们肉眼看到的“光”本质上是电磁波大家族的一份子,所以电磁波家族的其他成员某种程度上也可以被看成是“光”,只是我们肉眼看不到的光而已。那“光”和温度有什么关系呢?

科学家就发现,在我们这个宇宙中,凡是高于绝对零度(零下273.15度)的物体都会辐射电磁波(发光);同时我们根据热力学第三定律可知:绝对零度是达不到的。于是,我可以得出一个结论:宇宙中所有的物体都在“发光”,只不过大部分的“光”是我们肉眼看不到的,只有一小部分“光”是我们肉眼看得到的,也就是可见光。

举个例子,人体就是时时刻刻辐射电磁波,这个电磁波属于红外波段,所以我们肉眼看不到。

即便黑洞这样的“怪物”,由于自身引力特别大,连光都逃不出黑洞的“手掌心”,但是黑洞也是会向外辐射电磁波的,这也被称为黑洞蒸发,也叫作霍金辐射,因为这是由物理学家霍金等人提出来的。

除此之外,之前著名的“黑洞照片”中的光实际上也是科学家后来绘制上去的,它发出的射线实际上是我们肉眼看不到的。

按照目前的主流科学理论,宇宙起源于138亿年前的一次大爆炸,这次大爆炸产生的余温如今还在,是遍布全宇宙的背景辐射,被称为宇宙微波背景辐射,温度是2.72K,只比绝对零度高2.7度。

所以,并不是温度高到一定程度才会有发光。而是只要有温度,就会有“光”。只是不同的温度对应的“光”是不同的。温度较低的物体辐射出来电磁波属于微波,波长较长,能量较小,而温度高的物体辐射出来的电磁波波长会更短,能量会更大。

以地球大气受热为例

就拿太阳来说,太阳辐射是地球能量的主要来源,太阳表面的温度达到了5000~6000摄氏度,它辐射出来的电磁波主要是可将光波段和紫外线。所以,大部分的太阳光是我们肉眼可见的。

太阳辐射的电磁波到达地球后,会被地球的大气层削弱50%,这其中主要包括反射和散射,还有一部分是被大气层中的臭氧和二氧化碳所吸收,吸收的紫外线部分。剩余的太阳辐射会透过大气层,直达地球表面,地球接收了这部分电磁波,同时也会向外辐射,但是地表的温度更低一些,辐射出来的电磁波属于微波,也就是波长较长、能量较低的电磁波。这部分电磁波就是我们肉眼看不到的。同样地,地表辐射出来的电磁波也会有一部分被大气所吸收,大气层也会升温,同时辐射出电磁波,由于温度也不高,所以大气辐射的也是波长较长的电磁波,这也被称为大气逆辐射。

总结

通过地球的大气受热,你应该就能够看出不同的温度下,辐射出的电磁波是不一样的,温度越高,辐射出来的电磁波能量越大,波长越短。

如果我们只聚焦到可将光波段,温度越高,对应的就是越往蓝色端的火焰,也就是蓝色或者紫色火焰,如果温度还要更高一些,那就会辐射出紫外波段的电磁波,而我们肉眼看不到;温度越低,对应的就是越往红色短的火焰,如果温度还要更低一些,那就会辐射出红外波段的电磁波,我们肉眼也看不到,人体辐射出来的就是属于温度较低的红外波段的电磁波。

但这一切都是由一个前提条件的,那就是宇宙中所有的物质都会辐射电磁波,除非这个物质可以达到绝对零度的情况,但这在目前的物理学理论框架下是不被允许的。