红外线的二百年——从科学探索到技术创新

  • 摘要: 1800年,威廉·赫胥尔用棱镜和温度计对太阳光谱做了实验,发现了红外线的存在,至今已有二百年的历史。赫胥尔把加热物体的射线称为热辐射,并且认为它和可见光都是光谱中的不同部份。因此,对红外线的认识实际上包含在对光的本性认识之中,虽然自有人类以来眼睛是最早接触外界的感官,但是我们对光的认识却走过了漫长的道路,对光的本性较为彻底的了解也只有近百年的时间。光的粒子性和波动性之间的争论就持续了一个多世纪。在18世纪,按照牛顿力学的观点,光是由"微粒"形成的学说占了主导地位,但是到19世纪,"杨氏双缝"的干扰实验证实光具有波动的特性,麦克斯韦完善了电磁场的理论,预见到电磁波的存在,而赫兹则用实验证明了麦克斯韦的理论,于是"光是由波动形成的"成为这个世纪的主流思想。有两位科学家制造了灵敏度很高的酒精温度计,做了热辐射的干涉现象的实验,证明了热辐射的波长大于可见光的波长。美国科学家兰格莱发明了一种新的热辐射探测器,其目的是为了研究温度和辐射之间的关系。其后不久,德国物理学家维恩发现了黑体的绝对温度和最大辐射波长之间存在的简单反比关系,并且提出了黑体的辐射的波长分布公式,除在短波长较好地符合当时的测量结果,其论证也还有缺陷。美国物理学家瑞利也根据经典物理学的理论,经过严密的推导,提出了一个黑体辐射的补充公式,在长波很好地符合观察结果,但是紫外波段却是发散的,人们把它称为"紫外灾难"。这极大的冲击了经典物理学的理论基础。德国物理学家普朗克确信必须提出一种新的假设才能得出在短波与维恩一致的结果,在长波与瑞利的结果相符合的黑体辐射公式。

     

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