神通激光

第二節 有熱無熱都發光

　　太陽能發光，其他恒星也能發光；而月亮及許多別的星星看上去很亮，自己卻不能發光。我們習慣上把自己能發光的物體稱作發光體，物理學上叫光源。通常，我們把光源劃分為兩類：天然光源和人造光源。太陽是我們最熟悉的天然光源，各種各樣的燈則是人造光源。

　　人類最早的照明，是利用物質燃燒產生的光。起初，人們將木棒的一端點燃，另一端握在手裏，或插在居住的山洞洞壁上，用來照明和保存火種，這就是火把。後來，人們發現油脂豐富的鬆木火光明亮，而且耐燃，就把鬆木劈成條塊點燃，這叫做鬆樹明子。

　　隨著社會的發展和技術的進步，有了各種陶瓷和玻璃的器皿，裝上植物油和芯撚，製成了專用的照明器具，這就是燈。到了近代，石油的開發和提煉又為人類社會提供了廉價而清潔的煤油，於是出現了煤油燈。後來還出現了固體的燈——蠟燭。

　　電燈的發明，使人類社會實現了從火光源向電光源的轉變，大大推進了人類曆史的進程。時至今日，各種各樣的電燈流光溢彩，不僅為我們驅走了黑暗，還為我們美化環境和生活。賓館大廳的大吊燈，金碧輝煌，使得廳堂富麗而豪華；商場裏的射燈，烘雲托月，使得商品更加目不暇接；客廳裏的壁燈，新穎別致，給人以優雅和諧的氣氛；居室裏的裝飾燈，賞心悅目，成為現代家庭的一種時髦裝設；臥室裏的吸頂燈，柔如春水，令人心境平和入睡……

　　光和熱猶如孿生兄弟，很多物質發光時往往伴隨有熱效應。太陽和其他天然光源是這樣，一些人造光源也是這樣。把金屬或炭加熱，當溫度較低時會發出一種看不見的紅外光線，熱到500℃時發出暗紅色的光，繼續加熱，溫度升高，光色由紅變黃，熱到1500℃時就變成白熾了。一般的燈泡就是這樣，燈絲是用高熔點材料鎢絲製成的，當電流通過時，像電爐絲一樣產生高熱而變成白熾發光，所以就把它叫做白熾燈。

　　火光源也好，電光源也好，有熱就發光，發光伴有熱，難怪人們常說“有一分熱，發一分光”呢。

　　其實，在自然界裏，熱發光隻不過是常見的一種情景而已，有許多東西發光而它們並沒有熱……

　　夏天的夜晚，我們常常會看到，一些像玉米粒那樣大的淡綠色光亮在空中飛舞，忽明忽暗。這是螢火蟲放出的光亮。

　　無月的黑夜，輪船在海上航行，常常會發現海上有一片片閃爍的光亮，奇麗異常，這是海洋生物放出的光亮。海洋生物中能夠發光的特別多，數量繁多的藻類和浮遊生物，還有許多魚類都會發光。如“水中明星”角鮟鱇，恰如一隻怪狀的小船，頭上有一根小“桅杆”，頂上有一盞小“燈籠”，它像一盞小日光燈那樣亮。

　　螢火蟲和海洋生物為什麽能放光呢？原來，它們身上都有發光器，裏邊儲藏兩種物質——熒光酶和熒光素。借助熒光酶的催化作用，熒光素發生氧化作用，所產生的能量就以光的形式釋放出來，因而發出了熒光。

　　生物發光是一種化學反應。有的物質，如螢石、石蠟油及一些顏料受到紫外線的照射，也能發出熒光。

　　還有的物質，在紫外線的照射下會產生一種綠色的光，當紫外線停止照射時，這種光不像通常的熒光那樣隨即消失，而是持續地發光，這種光叫做磷光。

　　用能夠發光的物質製成的發光粉，在微光照明中得到了廣泛應用。我們常見的夜光表，在表的指針和刻度端塗有淡綠色的發光粉。經過白天的日光照射，黑夜裏就能發出光亮來。在汽車、飛機和許多軍用儀表上，也都像夜光表那樣，把指針和刻度都塗上發光粉。這樣，在夜間行車、作戰時，靠著發光粉的幫助，就可以看清儀表了。

　　熒光和磷光，發光的時候不產生熱，稱為冷發光。

　　冷發光的效率非常高，可以達到97%，而熱發光的效率卻低得可憐。例如，白熾燈在2200℃時，發光效率隻有10%，其餘90%的電能都變成熱而散發掉了。這是多麽大的浪費啊！

　　怎樣提高發光效率呢？

　　對於白熾燈來說，提高燈絲溫度，可以增大可見光的百分率；但溫度升高以後，燈絲鎢的蒸發急劇加快，燈泡壽命就大大降低。為了解決這個問題，在燈泡裏充進了惰性氣體，阻止鎢原子蒸發。但是，這種辦法，也隻能讓燈絲工作溫度達到2500℃。在白熾燈的發展過程中，怎樣提高發光效率和延長使用壽命，一直是個關鍵問題。因此，人們又致力於“冷發光”的研究，先後製成了日光燈、高壓水銀燈和霓虹燈等許多新型燈。

　　日光燈是一隻白色玻璃燈管，外麵是普通玻璃的管殼，內壁塗有熒光粉鹵磷酸鈣，燈絲是螺旋狀鎢絲，塗有熱電發射材料碳酸鹽，管內充進少量的惰性氣體和液態水銀。通電之後，燈絲產生熱，碳酸鹽發射出電子，這些電子衝擊惰性氣體，使惰性氣體電離而產生氣體放電，繼而惰性氣體離子又衝擊受熱氣化的水銀蒸氣分子，產生更加劇烈的放電。水銀蒸氣產生一種能量相當大的紫外線，射到玻璃管壁的熒光粉上，隨即放射出白色的可見光。

　　日光燈中的水銀蒸氣氣壓是很低的，因而粒子碰撞的機會較少。為了增加氣體粒子碰撞的機會，也就是增大水銀蒸氣受激發和產生紫外線的總能量，人們采取了增大燈管中水銀蒸氣氣壓的辦法，製成了高壓水銀燈。這種燈的亮度很高，光色呈藍色，被用作路燈照明。

　　霓虹燈是另一種“冷光燈”。霓虹燈的燈管裏，充以各種不同的氣體，就會放出色澤豔麗的光。不同的氣體，放出的光顏色也不同：氖氣能發桔紅色的光，氬氣能發淡藍色的光，氦氣能發粉紅色的光……