我們把這個問題稍微修改下,如果真空導熱,那麼太陽還能將熱量傳遞給地球嗎?我們還能看到宇宙盡頭的光線啊?
熱量傳導有幾種模式,如果真空導熱會怎麼樣?
熱量傳遞模式我們知道有三種,分別是傳導、對流和輻射,在地球上大多數時候這幾種狀況會同時發生,因為存在熱量傳遞的介質,比如空氣、實體物質和,而輻射卻不需要介質,只要不檔著輻射源即可!
所謂導熱的理解,我們一般是理解為傳導和對流,因為只有這兩種傳遞的才是熱量,也就是分子運動的傳遞,假如真空是一種可以用傳導的方式來傳遞熱量的話,也許會發生很多有趣的結果!
請問真空的導熱係數是多少?當然我們可以來假設下,從太陽到地球,距離高達1.5億千米,光速到達需要8.3分鐘,而路途遙遠,導熱係數必須要非常高才行,否則全部耗散在路上了,因為只需要一點點損耗,那麼經過1.5億千米的損耗,到地球已經徹底耗盡了!
因此真空必須是一種100%導熱的固體,比如以太,它是一種又堅硬,卻又感受不到的物質,想必它能極小的損耗傳遞熱量!到地球時仍然能滋潤萬物!
當然以太說已經在1887年麥可遜-莫雷實驗中破產,真空不能導熱,剩下只有一個可能,也就是輻射!
輻射傳遞的是熱量嗎?
理論上的真空並不存在介質(實際中真空中會存在極其微量的物質,可以忽略不計),因此它是無法傳遞熱量的!那麼問題來了,為什麼太陽光曬到人身上會暖洋洋的呢?
陽光的能量加劇了身體微觀粒子的運動劇烈程度要來理解這個話題,我們得來了解下溫度的本質,溫度是微觀粒子運動的宏觀表現,溫度的高低就是微觀粒子運動劇烈程度,花粉的布朗運動可以看作是其中的一個表現(水分子的運動)。
假如真空空無一物,那麼光子在穿越宇宙空間時是不會有能量損耗的,它也不會老化,永遠都和發射時的光子青春永駐,但它將蘊含的能量卸載給撞上的第一個障礙物,這個光子的能量為:E=hv,即光子的能量等於普朗克常數乘以頻率,因此不同的光子能量是不一樣的,越高頻能量越高!
光子將這個能量傳遞給了目標物,儘管單個光子的能量很小,但無數的光子傳遞了相當可觀的能量,使得物體內部的分子運動加劇,當我們觸碰到了物體後,我們會感覺溫暖,燙手甚至燙傷!
既然光子能量不會衰減,為什麼金星那麼熱,地球剛剛好,火星那麼冷呢?
單個光子的能量在太陽系的尺度內,改變幾乎可以忽略不計,但由於太陽光是以球體方式向四周發射光子的,同樣面積下,火星接接收到的陽光只有地球1/3不到!而金星接收到陽光則是地球的2.7倍!
但三顆行星溫度的高低除了距離外還有其他原因:
金星:溫室效應失控火星:只有1%地球大氣壓大氣的溫室效應在行星溫度維持中非常有效,它的流動可使行星平均氣溫上升,也可以將表面向宇宙反射的熱量截留,但過度的鎖住熱量也會導致溫室效應失控,比如金星,加上距離太陽比較近,使得這個條件更加惡性循環!
地球很幸運,距離合適,大氣層氣壓合適,溫室效應剛好,所以地球生機勃勃,當然這個良性循環來自幾十億年前誕生的生命,很大程度上來看,生命也是維持生態循環的一部分。
最後我們來回開頭提出的一個問題,即如果真空能導熱,我們還能看到宇宙盡頭的光線嗎?能導熱的必定有物質,即使再稀疏它也能會吸收光子,所以我們會看不到這些光子。
肯定有朋友想起了暗物質和暗能量,它們確實充滿宇宙空間,但暗物質之參與引力與弱力,不參與電磁力和強力,暗能量只會產生斥力,不在四大基本作用力之內,而光的的傳遞則是電磁力,因此這兩者都不會吸收光子!
最後提醒下,光子頻率會隨速度紅移和引力紅移影響下頻率降低,能量減低,當著並非能量守恆不成立,而是它的部分能量耗散在了克服引力梯度空間或者速度擴張的空間距離增加中!