连太阳都绿了？这波操作不得不服！

  太阳是橙红色的，相信我们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之后发现，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，原名约翰威廉斯特拉特（John William Strutt），图片来自 Wikipedia

  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发热问题进行了深入研究，并得出一个惊人的结论：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。

  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类物体，所以研究起来很麻烦，热力学发展也一度很缓慢。

  “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。

  有多年热力学研究经验的他对经典物理的发展历史烂熟于胸，自然知道经典物理在描述热力学方面的短板。

  事业飘红，让他信心满满，选择挑战黑体研究自然也在情理之中。“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。

  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。

  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；

  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，例如，处于即将燃尽阶段的红巨星表面温度2000多度（开氏温度），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。

  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。图片来自物理双月刊

  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，维恩只用半年时间就推导出了黑体表面温度与其热辐射波长的关系。

  1893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，只要能够测出光谱的波长，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。

  地理学家根据不一样的区域的热像图颜色来推测天气变化，这才有每天播出的天气预报；天文学家经过测量遥远恒星的光谱，轻松计算出该星球的表面温度

  LED的全称是发光二极管，是用含镓、砷、磷、硅等化合物制成的可发光的二极管。

  在二极管里，各种不同的化合物发出不一样的颜色的光亮，比如砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光。

  正因如此，我们所看到的夜间都市才显得多彩和繁华。LED技术的物理学原理是把电能转化成光能。

  管内化学物质释放能量多者发出的光波短，释放能量少者发出的光波长，LED灯主要是红、绿、黄光，是因为长波的穿透力强，让人易在远处看到。这也是交通灯为何由红、绿、黄三色光组成的原因之一。

  维恩没有止步，他不能完全确定黑体辐射定律是否适用于所有物体（比如发长波的物体）。

  经过研究，他于1896年得到一条更准确的黑体辐射描述公式，后人称为“维恩公式”。

  虽然若干年后科学家证明此公式只适用于计算短波物体，但已经足够了。“足够”的意思是，科学家马克斯?普朗克就是用维恩公式解决了量子物理学中的热平衡辐射问题。

  他根据此公式推导出了黑体辐射的完整公式（即普朗克定律，适用于所有波长的物体），最终推开了量子物理学的大门。普朗克因此获得1918年诺贝尔物理奖。这是后话，暂且不表。

  维恩推导出黑体辐射描述公式后，知道研究已到了经典物理的顶点，所以将研究重点转向了阴极射线和阳极射线。

  虽然他也在这样一些方面取得了成就，但与黑体辐射定律相比，无异于萤火之于皓月。

  正如1914年诺贝尔物理学奖获得者马克斯冯劳厄所说，“（维恩）为我们打开了通往量子物理学的大门”。

  维恩因发现黑体辐射定律及数学公式而享誉世界，被瑞典皇家科学院列入诺贝尔奖提名。1911年冬，他站到了诺贝尔物理学奖的领奖台上。