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光速是最快的,為什麽光沒有在空氣中摩擦生熱後燃燒?

2025-01-08心靈

在廣義層面,光是有可能「在空氣中摩擦生熱後燃燒掉的」。

摩擦力的本質是電磁力,在微觀層面,主要由分子/原子之間的電荷重力/斥力所綜合形成的。

宏觀的動能,在分子/原子碰撞的過程中,會轉移給原子,原子動能增加就會發熱。

發熱之後溫度升高,熱輻射就會增加,從而釋放出能量更高的光子。

這是因為任何有溫度的物體都會透過熱輻射釋放光子,而摩擦使得動能增加的原子在碰撞過程中,傳遞了更多的能量給電子,使得電子軌域躍遷到了更高的能階,從而向低能階躍遷時,釋放出了更高頻率/能量的光子。

當然除了摩擦能生熱外,還有摩擦發光、摩擦生電、摩擦發聲等等。

那光經過物質,在微觀上又會發生什麽?

我們知道,原子其實是極其空曠的,如果把原子放大到一個房間的大小,我們才能剛好看清原子核。

當光穿過一個原子時,其實是足夠空曠的,它不僅撞上原子核的概率很低,甚至撞上電子的概率也並不高。

然而,宏觀物質往往是10^23數量級以上個數的原子組成。

一個原子再空曠,如此數量的累計疊加,也會使得光子如同穿過一片電子海。

當原子之間的空隙足夠大時,光子有可能直接穿過,例如光穿過空氣。

當原子之間的排序充滿秩序,恰好存在特殊的縫隙,光子也而可能直接穿過,例如一些晶體。

除此之外,還有一種特殊的情況,光子會無視電子直接穿過。由於電子並沒有體積,當一個光子的能量都不符合電子能階躍遷的能量,也沒有其它作用機制實,同樣會直接無視穿過。

除了直接穿過的,剩下的光子將不可避免的與原子發生作用。

這個過程,會出現多種可能:

首先是能階躍遷,電子會吸收光子發生躍遷。

電子剛好吸收掉光子,躍遷到新的軌域。

當光子被完全吸收掉,電子躍遷後,整體能量增加,這個能量可能以多種形式存在,原子與原子之間的化學能、電能、聲能(機械波)、或者單純提升分子動能,從而導致溫度的升高,增加熱輻射,再從激發態自發躍遷到更低軌域。

這背後正好應對四種宏觀效應:光化學效應、光電效應、光聲效應、光熱效應。

除了這些外,光還會發生散射,以及折射和反射。

折射和反射其實是非常典型的宏觀概念,通常認為,在微觀層面它們是大量散射疊加的結果。

而散射,則是光子進入介質後,使得內部的正負電荷產生電偶極矩,電偶極矩再發射出光子而形成的。

除了以上的常規散射外,還可能發生康普頓效應(用X射線照射物體,散射出來的X射線波長會變長)、拉曼散射(光子將與分子振動能階發生相互作用)等。

以上這些所有的效應,同樣無法脫離分子/原子之間電荷重力/斥力的綜合作用。

如果好巧不巧,高能光子恰好轟擊到了原子核,還可能發生核反應。

當然,從某種層面來說,如果強行給與宏觀物質足夠大的摩擦能量,同樣可以引起核反應。

整體上來說,無論物質與物質的摩擦,還是光與物質發生的作用,主要都是在電磁力的範疇,雖然涉及的原理各不相同,但從底層邏輯上來說,都是電磁力,而且形式也非常的相似,尤其是在各種形式的能量轉化上。

所以,我們可以從廣義的角度認為,光是有可能「在空氣中摩擦生熱後燃燒掉的」。只不過光作為一種純粹的能量,在這個有溫度就會有熱輻射的宇宙法則裏——

它轉瞬即逝,同時也生生不息。