月光点火
2017-03-10
飞碟探索 2017年3期
这听起来是个挺简单的问题。
用放大镜把光聚集在一起可以产生高光高热。淘气的小孩儿会告诉你,6.45平方厘米大小的放大镜就能汇集足够的阳光点起火来。在谷歌上检索一下你会明白,太阳的亮度是月球亮度的40万倍,因此,我们只需要一个258平方米大小的放大镜,就能解决问题了。是这样吗?
并不是这样。真正的答案是:无论用多大的放大镜,你都不可能用月光点起火来。原因比较微妙,涉及许多听起来不对但其实正确的东西,而且通常会让你掉入光学的兔子洞中。
首先,这是一条基本的原则:你无法用透镜使物体的温度超过光源本身的表面温度。换句话说就是,你无法使用日光加热物体使它的温度超过太阳表面的温度。
有很多方法可以用光学原理来证明这个原则是对的,但是还有一条更简单的论据来自热力学:透镜不需要任何动力源就可以自行发生作用。更具体地说就是,这一切都是完全可逆的,这意味着你在一个实验系统中加入透镜,并不会使这个系统的熵有所增加。如果你可以通过透镜使热量从太阳流向地表某一个点,并使其温度超过太阳温度,就意味着你能做到不消耗任何能量而让量从一个冷的地方流向一个相对较热的地方。根据热力学第二定律,这是不可能的。如果你可以做到,你就能制成一台永动机了。
太阳表面温度大约为5500℃, 那么我们所说的原则意味着不可能用透镜使物体的温度超过5500℃。月球表面受到日光照射,其温度大约为100℃,因此汇聚月光加热物体,物体的温度不会超过100℃。……
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