为我们打开了通往量子物理学的大门维恩位移定律 _维恩

太阳是白中带绿的？一百多年前他用数据证明，并因此获诺贝尔物理学奖。太阳是橙红色的，相信大家都认同这种说法。然而在物理学家眼里，太阳并非橙红色，而是白中带绿。1904年诺贝尔物理学奖获得者瑞利研究发现，七彩太阳光传播到地面的过程中，蓝光被大气散射，天空变成蓝色，剩下直射的光线即偏橙红色。
瑞利虽然解释了太阳光的散射问题，但并没弄清太阳的本色，也没搞明白太阳表面温度与光线之间的关系。一位德国物理学家对太阳等星球的发光散热问题进行深入研究，得知太阳是白中带绿的。通过对黑体的研究，他归纳出热辐射的基本定律，推动了量子物理学的发展，获得诺贝尔物理学奖。
众说纷纭论黑体
物体是如何散发热量的，关于这个问题，科学家们研究了很多年。现在可用普朗克定律来描述，是因为有量子论作为基础。一百多年前量子论还没诞生之时，科学家们又如何描述呢？
19世纪末，经过数代科学家前赴后继的努力，经典物理已达到登峰造极的地步，仅有几个问题未解决，其中之一就是热辐射。当时，物理学家们认识到热辐射和光辐射的实质都是电磁波的传播，同一物体的光、热辐射存在一定的数学关系。
为了研究方便，科学家们提出一种完全吸收外来辐射而不反射的假设物体，称之为黑体。由于现实中并不存在这东西，所以研究起来很麻烦，热力学发展也一度很缓慢。

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绝对黑体完全吸收热辐射的能量(来源：知乎)
“只有找到黑体的热力学定律，研究工作才能快速推进。”1892年秋，德国柏林的国家物理工程研究所里，年轻的威廉·维恩教授已想到这点。热力学研究多年的他对经典物理的发展过程烂熟于胸，自然知道经典物理在描述热力学方面的短板。维恩几年前成为科学家亥姆霍兹的助手，最近又获得柏林大学的教授资格。事业飘红，让他信心满满，选择挑战黑体研究在情理之中。
“要得出热力学定律，必先弄清何为黑体！”针对众说纷纭的黑体理论，维恩决定给这个新生事物进行科学定义，再模拟出一个与之相近的实验体。
位移定律解黑体
维恩的研究是枯燥的。他每天除了与数字、实验器材打交道外，还要凭想象推测黑体的物理性质。经过长时间研究，他弄清了黑体的四个基本性质及相关用途。概要如下：一、黑体可在任何条件下吸收任何波长的辐射而不产生反射，是典型的“只进不出”；二、黑体可将吸收的电磁辐射转化为热辐射或光辐射，这点以后可推广到灯具中；三、黑体不一定是黑色的，比如太阳就是白中带绿的；四、表面温度不同，黑体的颜色就不同，这方面表现最明显的是恒星。
对于第四点，维恩进一步讲道指出，阳光颜色的波长递减顺利为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，即通常所说的七彩阳光。宇宙中恒星的颜色与表面温度相关。比如处于燃尽国家级的红巨星表面温度2000多度，波长最长，故而显红色；而太阳表面温度近6000度，波长处于中间，故显绿色，受大气影响变得有些白。

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不同温度的黑体辐射光谱：太阳表面温度约为6000度，其光谱峰值位于绿色光附近(来源：物理双月刊)
这些理论太过超前，没有几个人能理解。深谙此理的维恩决定做两件事：研制实验用的黑体，推导黑体辐射中表面温度与光的数学关系。
研制实用黑体相对容易些。在物理学家拉梅尔的帮助下，维恩用一个月时间就发明了第一个实验专用的黑体——空腔发射体。这是一个封闭的金属盒，只留一个小孔来单方向吸收能量。用它可以测出吸引的能量。
借用空腔发射体进行实验，维恩只用半年就推导出黑体表面温度与其热辐射波长的关系。1893年年底，维恩发表了一篇关于黑体辐射规律的论文。他在文中指出，黑体辐射的温度与光谱的波长成反比，只要测出光谱的波长，就可以计算出黑体的温度。后人把这个规律称为维恩位移定律。

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黑体辐射应用广
维恩位移定律不但成功填充了辐射研究的空白，还被用于各专业领域。地理学家根据不同区域的热像图颜色来计算天气变化，这才有每天播出的天气预报；天文学家通过测量遥远恒星的光谱，用此定律轻松计算出该星球的表面温度……

为我们打开了通往量子物理学的大门 维恩位移定律

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