神通激光

第二节 有热无热都发光

　　太阳能发光，其他恒星也能发光；而月亮及许多别的星星看上去很亮，自己却不能发光。我们习惯上把自己能发光的物体称作发光体，物理学上叫光源。通常，我们把光源划分为两类：天然光源和人造光源。太阳是我们最熟悉的天然光源，各种各样的灯则是人造光源。

　　人类最早的照明，是利用物质燃烧产生的光。起初，人们将木棒的一端点燃，另一端握在手里，或插在居住的山洞洞壁上，用来照明和保存火种，这就是火把。后来，人们发现油脂丰富的松木火光明亮，而且耐燃，就把松木劈成条块点燃，这叫做松树明子。

　　随着社会的发展和技术的进步，有了各种陶瓷和玻璃的器皿，装上植物油和芯捻，制成了专用的照明器具，这就是灯。到了近代，石油的开发和提炼又为人类社会提供了廉价而清洁的煤油，于是出现了煤油灯。后来还出现了固体的灯——蜡烛。

　　电灯的发明，使人类社会实现了从火光源向电光源的转变，大大推进了人类历史的进程。时至今日，各种各样的电灯流光溢彩，不仅为我们驱走了黑暗，还为我们美化环境和生活。宾馆大厅的大吊灯，金碧辉煌，使得厅堂富丽而豪华；商场里的射灯，烘云托月，使得商品更加目不暇接；客厅里的壁灯，新颖别致，给人以优雅和谐的气氛；居室里的装饰灯，赏心悦目，成为现代家庭的一种时髦装设；卧室里的吸顶灯，柔如春水，令人心境平和入睡……

　　光和热犹如孪生兄弟，很多物质发光时往往伴随有热效应。太阳和其他天然光源是这样，一些人造光源也是这样。把金属或炭加热，当温度较低时会发出一种看不见的红外光线，热到500℃时发出暗红色的光，继续加热，温度升高，光色由红变黄，热到1500℃时就变成白炽了。一般的灯泡就是这样，灯丝是用高熔点材料钨丝制成的，当电流通过时，像电炉丝一样产生高热而变成白炽发光，所以就把它叫做白炽灯。

　　火光源也好，电光源也好，有热就发光，发光伴有热，难怪人们常说“有一分热，发一分光”呢。

　　其实，在自然界里，热发光只不过是常见的一种情景而已，有许多东西发光而它们并没有热……

　　夏天的夜晚，我们常常会看到，一些像玉米粒那样大的淡绿色光亮在空中飞舞，忽明忽暗。这是萤火虫放出的光亮。

　　无月的黑夜，轮船在海上航行，常常会发现海上有一片片闪烁的光亮，奇丽异常，这是海洋生物放出的光亮。海洋生物中能够发光的特别多，数量繁多的藻类和浮游生物，还有许多鱼类都会发光。如“水中明星”角鮟鱇，恰如一只怪状的小船，头上有一根小“桅杆”，顶上有一盏小“灯笼”，它像一盏小日光灯那样亮。

　　萤火虫和海洋生物为什么能放光呢？原来，它们身上都有发光器，里边储藏两种物质——荧光酶和荧光素。借助荧光酶的催化作用，荧光素发生氧化作用，所产生的能量就以光的形式释放出来，因而发出了荧光。

　　生物发光是一种化学反应。有的物质，如萤石、石蜡油及一些颜料受到紫外线的照射，也能发出荧光。

　　还有的物质，在紫外线的照射下会产生一种绿色的光，当紫外线停止照射时，这种光不像通常的荧光那样随即消失，而是持续地发光，这种光叫做磷光。

　　用能够发光的物质制成的发光粉，在微光照明中得到了广泛应用。我们常见的夜光表，在表的指针和刻度端涂有淡绿色的发光粉。经过白天的日光照射，黑夜里就能发出光亮来。在汽车、飞机和许多军用仪表上，也都像夜光表那样，把指针和刻度都涂上发光粉。这样，在夜间行车、作战时，靠着发光粉的帮助，就可以看清仪表了。

　　荧光和磷光，发光的时候不产生热，称为冷发光。

　　冷发光的效率非常高，可以达到97%，而热发光的效率却低得可怜。例如，白炽灯在2200℃时，发光效率只有10%，其余90%的电能都变成热而散发掉了。这是多么大的浪费啊！

　　怎样提高发光效率呢？

　　对于白炽灯来说，提高灯丝温度，可以增大可见光的百分率；但温度升高以后，灯丝钨的蒸发急剧加快，灯泡寿命就大大降低。为了解决这个问题，在灯泡里充进了惰性气体，阻止钨原子蒸发。但是，这种办法，也只能让灯丝工作温度达到2500℃。在白炽灯的发展过程中，怎样提高发光效率和延长使用寿命，一直是个关键问题。因此，人们又致力于“冷发光”的研究，先后制成了日光灯、高压水银灯和霓虹灯等许多新型灯。

　　日光灯是一只白色玻璃灯管，外面是普通玻璃的管壳，内壁涂有荧光粉卤磷酸钙，灯丝是螺旋状钨丝，涂有热电发射材料碳酸盐，管内充进少量的惰性气体和液态水银。通电之后，灯丝产生热，碳酸盐发射出电子，这些电子冲击惰性气体，使惰性气体电离而产生气体放电，继而惰性气体离子又冲击受热气化的水银蒸气分子，产生更加剧烈的放电。水银蒸气产生一种能量相当大的紫外线，射到玻璃管壁的荧光粉上，随即放射出白色的可见光。

　　日光灯中的水银蒸气气压是很低的，因而粒子碰撞的机会较少。为了增加气体粒子碰撞的机会，也就是增大水银蒸气受激发和产生紫外线的总能量，人们采取了增大灯管中水银蒸气气压的办法，制成了高压水银灯。这种灯的亮度很高，光色呈蓝色，被用作路灯照明。

　　霓虹灯是另一种“冷光灯”。霓虹灯的灯管里，充以各种不同的气体，就会放出色泽艳丽的光。不同的气体，放出的光颜色也不同：氖气能发桔红色的光，氩气能发淡蓝色的光，氦气能发粉红色的光……