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2013 年 08月 14日

研究:黑體輻射產生的吸引力比重力更強
張東光


 

在物理學中,黑體夠吸收外來的所有電磁輻射並不會有任何反射與透射。在某一特定溫度,黑體所輻射出來的電磁波(包括可見光線)被稱做該溫度下的黑體輻射。該輻射的性質取決於黑體溫度。

科學新聞網站phys.org報導,一般認?黑體輻射的淨結果是對其周圍的物體產生排斥力。但一項新的研究表明,黑體輻射對其附近的原子和分子還會產生第二種作用。這種作用通常是吸引力,而且往往在強度上超越排斥力。因此,原子和分子會受到黑體的吸引而靠近它。據報導,這一吸引力甚至比黑體與原子或分子之間的萬有引力更大。科學家們把這種力稱?黑體力。這個新發現意味著天體物理學需要重新審議。

這項新研究是澳大利亞因斯布魯克大學的桑萊特納(M. Sonnleitner)與利茨克(H. Ritsch)和因斯布魯克醫學大學的利茨克-馬蒂(M. Ritsch-Marte)聯合進行的。他們的論文發表在《物理評論快報》上。

對黑體力成因的瞭解已經至少有半個多世紀了。黑體輻射能引起其附近原子和分子能級的移動,即所謂的斯塔克遷移(Stark shift)。通常,這些原子和分子的基態能級會下降,下降的數值同黑體溫度的四次方成正比。黑體溫度越高,其附近物體的斯塔克遷移就越大。

在這項新的研究中,科學家們首次證明黑體輻射引發的斯塔克遷移疊加之後能產生一種吸引力,其強度甚至超過黑體產生的排斥性輻射壓力。這意味著雖然黑體一直在釋放能量,但在大多數情況下卻能夠吸引其附近的原子和分子。
桑萊特納表示,最重要的結果是他們指出與實驗室激光有關的輻射力同樣存在于其它熱輻射中。量子光學界一直在考慮激光的吸引力和排斥性輻射壓力的交互作用。但是熱光源中存在的交互作用卻被忽略了。

吸引力產生的根源是,黑體附近原子和分子的基態能級下降後,傾嚮於向輻射密度更大的地方移動,即向黑體靠攏。他們計算了這種力的大小,發現了一些有趣現象。首先,這種力的強度同與黑體之間距離的三次方成反比。其次,受力對象越小,力度更強。最後,在某一上限溫度以下,受力對象越熱,力度越強。但超過上限之後(大概是幾千攝氏度),這種力會轉變為斥力。

在該研究中,科學家們發現一個溫度為零下173攝氏度的塵粒感受到的黑體力遠遠超過黑體對它造成的萬有引力。但是像太陽一樣的恆星,表面溫度為6,000度,其黑體力遠小於其重力。

這一新發現對於很多天體物理學現象都有重要意義,特別是星際氣體和塵埃的相互作用。其對一些實驗裝置,比如真空柜之類的表面微結構,也會有影響。科學家們表示,在實驗室中黑體力由於太微小,可能會難以測量。


 

 

 




 
 
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