还在吹空调?进来学物理人的消暑方法!(3)

2022-08-08 14:55  中科院物理所

消暑第三式--大激光术

什么?上面两式都拿不下你?

那就只能祭出小编压箱底的绝招了--大激光术!

上面两式是对热传递方式的应用,而这一招则直指大道本源,直接从 " 热 " 的本质去解决问题。

高中物理课上讲过,热的本质是构成物质的微观粒子运动,微观粒子的运动越剧烈,温度越高,物体越热。

因此我们只要反其道而行之,想办法减弱微观粒子的运动,便可以实现温度的降低。而使微观粒子运动减弱的方法也早已经有人提出,那就是激光制冷。

激光制冷的原理主要有两种,多普勒效应和反斯托克斯荧光效应。两者的表现类似,都是通过散射过程使物质原子能量降低,降低物质原子运动的激烈程度。

稀薄的原子气体一般采用多普勒激光制冷技术,用一束频率稍低于原子吸收频率的激光照射原子气体,其中会有与激光方向相向运动的原子,由于多普勒效应,光子的频率升高,恰好可以被原子吸收;光子和原子的动量方向相反,因此吸收光子后原子的速度会减小。向原子照射不同方向的激光,便可以实现对原子的不停减速。

多普勒激光制冷。1 原子静止不动,激光频率稍低于吸收频率,无影响;2 原子与激光同向运动,在原子看来,激光频率减小,发生红移;3.1-3.3 原子与激光相向运动,在原子看来激光频率增大,发生蓝移,并且在特定情况下可以吸收光子,再向任意方向放出光子,并减速。| 图片来源:知乎 @进击的钢弹

通过多普勒制冷技术,可以将原子冷却至绝对零度上百万分之一开尔文的温度,这也是目前人类接近绝对零度的唯一方法。

反斯托克荧光制冷方法是一种新兴的激光制冷技术,简单来说就是利用激光诱导物质放出荧光,使构成物质的微观粒子降到更低的能级上。

物质原子处于一个个分立的能级上,当用特定波长的激光去照射物质时,原子会吸收光子,从初始态(非基态)跃迁至高能激发态,再跃迁至基态并放出光子。放出光子的能量大于吸收光子的能量,因此经过反斯托克斯荧光过程后,原子能量降低,运动减弱,物质的温度下降。

斯托克斯荧光(左)和反斯托克斯荧光过程(右)的能级示意图 | 来源 :http://www.v-instru.com/information/266.html

回到消暑," 大激光术 " 便是利用激光照射人体,直接从原子层级对人体进行降温,相比于其他流于表面的降温方法," 大激光术 " 可谓是降维打击,能真正让人体验到 " 透心凉 " 的感觉。

激光制冷技术无振动、无噪声、无电磁辐射、体积小、器材重量轻、可靠性高、寿命长,制冷区间是所有制冷方法中最广的(可以接近绝对零度),除了不能用于人体降温以外,简直是夏日消暑制冷的完美方法。

正所谓:" 消自己的暑,让别人说去吧!"

面对炎热,

温度要冰,姿势要帅,

不要被世俗的目光限制了自己的创造力,

勇于放飞自我,

你也可以像小编一样帅气地度过这个夏日。