研究:黑体辐射产生的吸引力比重力更强

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【大纪元2013年08月08日讯】(大纪元记者海宁编译报导)在物理学中,黑体够吸收外来的所有电磁辐射并不会有任何反射与透射。在某一特定温度,黑体所辐射出来的电磁波(包括可见光线)被称做该温度下的黑体辐射。该辐射的性质取决于黑体温度。

科学新闻网站phys.org报导,一般认为黑体辐射的净结果是对其周围的物体产生排斥力。但一项新的研究表明,黑体辐射对其附近的原子和分子还会产生第二种作用。这种作用通常是吸引力,而且往往在强度上超越排斥力。因此,原子和分子会受到黑体的吸引而靠近它。据报导,这一吸引力甚至比黑体与原子或分子之间的万有引力更大。科学家们把这种力称为黑体力。这个新发现意味着天体物理学需要重新审议。

这项新研究是澳大利亚因斯布鲁克大学的桑莱特纳(M. Sonnleitner)与利茨克(H. Ritsch)和因斯布鲁克医学大学的利茨克-马蒂(M. Ritsch-Marte)联合进行的。他们的论文发表在《物理评论快报》上。

对黑体力成因的了解已经至少有半个多世纪了。黑体辐射能引起其附近原子和分子能级的移动,即所谓的斯塔克迁移(Stark shift)。通常,这些原子和分子的基态能级会下降,下降的数值同黑体温度的四次方成正比。黑体温度越高,其附近物体的斯塔克迁移就越大。

在这项新的研究中,科学家们首次证明黑体辐射引发的斯塔克迁移叠加之后能产生一种吸引力,其强度甚至超过黑体产生的排斥性辐射压力。这意味着虽然黑体一直在释放能量,但在大多数情况下却能够吸引其附近的原子和分子。

桑莱特纳表示,最重要的结果是他们指出与实验室激光有关的辐射力同样存在于其它热辐射中。量子光学界一直在考虑激光的吸引力和排斥性辐射压力的交互作用。但是热光源中存在的交互作用却被忽略了。

吸引力产生的根源是,黑体附近原子和分子的基态能级下降后,倾向于向辐射密度更大的地方移动,即向黑体靠拢。他们计算了这种力的大小,发现了一些有趣现象。首先,这种力的强度同与黑体之间距离的三次方成反比。其次,受力对象越小,力度更强。最后,在某一上限温度以下,受力对象越热,力度越强。但超过上限之后(大概是几千摄氏度),这种力会转变为斥力。

在该研究中,科学家们发现一个温度为零下173摄氏度的尘粒感受到的黑体力远远超过黑体对它造成的万有引力。但是像太阳一样的恒星,表面温度为6,000度,其黑体力远小于其重力。

这一新发现对于很多天体物理学现象都有重要意义,特别是星际气体和尘埃的相互作用。其对一些实验装置,比如真空柜之类的表面微结构,也会有影响。科学家们表示,在实验室中黑体力由于太微小,可能会难以测量。

(责任编辑:张东光)

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