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真空不导热,太阳光却能将热量传递到地球?假如真空导热呢?

 星辰大海种花家 2019-10-23

我们把这个问题稍微修改下,如果真空导热,那么太阳还能将热量传递给地球吗?我们还能看到宇宙尽头的光线啊?

热量传导有几种模式,如果真空导热会怎么样?

热量传递模式我们知道有三种,分别是传导、对流和辐射,在地球上大多数时候这几种状况会同时发生,因为存在热量传递的介质,比如空气、实体物质和,而辐射却不需要介质,只要不档着辐射源即可!

所谓导热的理解,我们一般是理解为传导和对流,因为只有这两种传递的才是热量,也就是分子运动的传递,假如真空是一种可以用传导的方式来传递热量的话,也许会发生很多有趣的结果!

  • 请问真空的导热系数是多少?

当然我们可以来假设下,从太阳到地球,距离高达1.5亿千米,光速到达需要8.3分钟,而路途遥远,导热系数必须要非常高才行,否则全部耗散在路上了,因为只需要一点点损耗,那么经过1.5亿千米的损耗,到地球已经彻底耗尽了!

因此真空必须是一种100%导热的固体,比如以太,它是一种又坚硬,却又感受不到的物质,想必它能极小的损耗传递热量!到地球时仍然能滋润万物!

当然以太说已经在1887年迈克尔逊-莫雷实验中破产,真空不能导热,剩下只有一个可能,也就是辐射!

辐射传递的是热量吗?

理论上的真空并不存在介质(实际中真空中会存在极其微量的物质,可以忽略不计),因此它是无法传递热量的!那么问题来了,为什么太阳光晒到人身上会暖洋洋的呢?

  • 阳光的能量加剧了身体微观粒子的运动剧烈程度

要来理解这个话题,我们得来了解下温度的本质,温度是微观粒子运动的宏观表现,温度的高低就是微观粒子运动剧烈程度,花粉的布朗运动可以看作是其中的一个表现(水分子的运动)。

假如真空空无一物,那么光子在穿越宇宙空间时是不会有能量损耗的,它也不会老化,永远都和发射时的光子青春永驻,但它将蕴含的能量卸载给撞上的第一个障碍物,这个光子的能量为:E=hv,即光子的能量等于普朗克常数乘以频率,因此不同的光子能量是不一样的,越高频能量越高!

光子将这个能量传递给了目标物,尽管单个光子的能量很小,但无数的光子传递了相当可观的能量,使得物体内部的分子运动加剧,当我们触碰到了物体后,我们会感觉温暖,烫手甚至烫伤!

既然光子能量不会衰减,为什么金星那么热,地球刚刚好,火星那么冷呢?

单个光子的能量在太阳系的尺度内,改变几乎可以忽略不计,但由于太阳光是以球体方式向四周发射光子的,同样面积下,火星接接收到的阳光只有地球1/3不到!而金星接收到阳光则是地球的2.7倍!

但三颗行星温度的高低除了距离外还有其他原因:

  • 金星:温室效应失控

  • 火星:只有1%地球大气压

大气的温室效应在行星温度维持中非常有效,它的流动可使行星平均气温上升,也可以将表面向宇宙反射的热量截留,但过度的锁住热量也会导致温室效应失控,比如金星,加上距离太阳比较近,使得这个条件更加恶性循环!

地球很幸运,距离合适,大气层气压合适,温室效应刚好,所以地球生机勃勃,当然这个良性循环来自几十亿年前诞生的生命,很大程度上来看,生命也是维持生态循环的一部分。

最后我们来回开头提出的一个问题,即如果真空能导热,我们还能看到宇宙尽头的光线吗?能导热的必定有物质,即使再稀疏它也能会吸收光子,所以我们会看不到这些光子。

肯定有朋友想起了暗物质和暗能量,它们确实充满宇宙空间,但暗物质之参与引力与弱力,不参与电磁力和强力,暗能量只会产生斥力,不在四大基本作用力之内,而光的的传递则是电磁力,因此这两者都不会吸收光子!

最后提醒下,光子频率会随速度红移和引力红移影响下频率降低,能量减低,当着并非能量守恒不成立,而是它的部分能量耗散在了克服引力梯度空间或者速度扩张的空间距离增加中!

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