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三百多年前,牛顿提出了万有引力定律,从而建立了统治物理学界几百年的经典力学,以绝对时空观为基础。
而爱因斯坦彻底颠覆了牛顿的绝对时空观,提出了全新的相对时空观,在此基础上,提出了伟大的相对论。
在牛顿和爱因斯坦之间,还有一个伟大的物理学家,麦克斯韦。他提出了著名的麦克斯韦方程组,堪称人类历史上最伟大的方程。该方程组预言了电磁波的存在,同时表明光也是一种电磁波。
对于牛顿和爱因斯坦来讲,他们完全属于两个不同时代的物理学家,而麦克斯韦起到了承上启下的作用。爱因斯坦正是受到了麦克斯韦方程组的启发,获得了灵感,从而大胆提出光速不变原理,为相对论的创建打下基础。
所以,如果说爱因斯坦和牛顿是人类历史上最伟大的两位物理学家,那么麦克斯韦绝对有实力占据第三位,他统一了电磁学,让我们对光和电磁波有了全新的认识。
如今我们知道,我们通常所说的“光”指的是可见光,它也是电磁波家族的一份子,其实所有的电磁波都可以看成某种“光”。电磁波谱非常广泛,而可见光只是非常狭窄的一部分。
那么,物体为什么会发光呢?这和温度息息相关。
物理学家们早就发现,任何物体只要温度高于绝对零度,都会向外辐射电磁波,也就是发光。但是热力学第三定律又告诉我们,绝对零度只是理论上的最低温,实际上是达不到的,就像我们无法超越光速那样。
所以说,宇宙中所有物体的温度都会超过绝对零度,意味着任何物体都在发光,没有不发光的物体。只不过大部分物体发出的光并不是可见光,所以我们的肉眼是看不到的。
比如说,我们人体其实一直在向外辐射电磁波,这种电磁波属于红外线,我们的肉眼无法看不到而已。如果戴上红外线眼镜,就能看到人体周围布满了红外线。
我们经常说黑洞不会发光,因为它能吞噬一切靠近的物体,哪怕是光也会被吞噬。其实黑洞也在时刻向外辐射能量,这种辐射被称为“霍金辐射”,黑洞不断通过霍金辐射向外辐射电磁波,看起来就像蒸发一样,漫长时间过程,黑洞也会蒸发完毕。
2019年天文学家拍摄到的黑洞照片其实是后期处理过的效果图,因为人类肉眼根本看不到黑洞辐射的电磁波。
自然状态下,宇宙中的最低温来自于宇宙微波背景辐射,它是138亿年前的宇宙大爆炸之后的余温,遍布整个宇宙,温度非常低,只比绝对零度高了大约2.7度而已。由于温度极低,所以宇宙大爆炸的余温只会以能量很低的微波呈现出来,至今我们都能感受到这种微波的存在。
小时候我们在看黑白电视在没有信号的时候,电视经常会呈现雪花状,同时伴有“滋滋”的噪音,这就是宇宙微波背景辐射的影响。
所以说,只要温度高于绝对零度,任何物体都会发光,而宇宙中所有物体的温度都要高于绝对零度。所以世界上所有物体都一刻不停地在发光,温度较低的温度辐射的光的波长较长,能量比较低,通常属于微波,无线电或者红外线,温度较高的物体辐射的光的波长很短,能量也就更大。
能量低的光,对人体几乎没有伤害,属于非电离辐射。能量较高的光对人体伤害较大,属于电离辐射。我们人眼能看到的可见光属于两者之间,也是电离辐射与非电离辐射的分界线。有人总是会担心手机辐射会影响健康,其实是没必要的,因为手机辐射的电磁波只是无线电波,能量比可见光和红外线还要低。
最后以太阳和我们的地球为例来看一下电磁波的分布范围。
太阳温度很高,辐射的电磁波主要是可见光和紫外线。太阳辐射到达地球后,首先会遇到地球大气层,能量被削弱一半,主要通过反射和散射的方式削弱。同时还有一部分太阳辐射会被吸收,比如说臭氧就会吸收紫外线。
太阳辐射到达地面之后,也会有一部分被地面反射出去。同时,由于地表温度很低,向外辐射的电磁波基本都属于微波,能量很低,我们也看不到。
总之,任何物体都会不断向外辐射光,也就是电磁波。如果我们的目光仅仅聚焦到可见光,那么温度越高的物体辐射的光越偏向蓝色或者紫色,温度更高的物体就会辐射出我们看不见的紫外线。温度越低辐射的光越红,如果温度更低就会辐射人眼看不见的红外线,微波甚至无线电波。
这就是光的秘密,它在我们生活中无处不在。即使在伸手不见五指的环境里,也充满了光!
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