在日常生活中，我們不難發(fā)現(xiàn)，有些物體溫度高到一定程度就會(huì)發(fā)光。

那么，這背后究竟有著怎樣的科學(xué)原理呢？事實(shí)上，物體的發(fā)光形式豐富多樣，包括反射發(fā)光、光致發(fā)光、電致發(fā)光、放射發(fā)光、化學(xué)發(fā)光以及生物發(fā)光等。因此，不能簡單地認(rèn)為溫度與發(fā)光之間存在必然聯(lián)系。

不過，本文將聚焦于與能量和溫度相關(guān)的發(fā)光現(xiàn)象展開探討。

通常所說的發(fā)光，指的是可見光，即能被人眼感知的亮光。

然而，可見光僅僅是電磁波譜中極其微小的一部分，其波長范圍大約在 380nm 至 760nm 之間。比可見光波長短的，有紫外線、X 射線、γ 射線；比其波長長的，則有無線電（涵蓋長波、短波、微波）、紅外線等。人眼無法直接察覺這些不可見光，但部分動(dòng)物卻具備感知紫外線和紅外線的能力，這使得它們眼中的世界與人類大相徑庭。

可見光是一種復(fù)合光，根據(jù)能量頻率和波長的差異，大致可分為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種顏色。

而且，這七種顏色并非界限分明，而是呈現(xiàn)出逐漸過渡的狀態(tài)，共同構(gòu)成了可見光的光譜。由于不同物體對(duì)不同波段光的吸收率各異，人類得以領(lǐng)略到一個(gè)五彩斑斕的世界。

在可見光光譜中，紅光的波長最長、頻率最低、能量最小；紫光則恰好相反，其波長最短、頻率最高、能量最大。

從物理學(xué)角度來看，溫度是用于表示物體冷熱程度的物理量。

從微觀層面剖析，它反映了物體分子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度，分子運(yùn)動(dòng)越劇烈，物體的溫度就越高。而發(fā)光現(xiàn)象，從更微觀的角度解釋，與電子的躍遷密切相關(guān)。

任何物質(zhì)均由元素組成，元素由原子構(gòu)成，原子則由帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子組成。

當(dāng)原子獲得外來能量時(shí)，電子會(huì)躍遷到更高的能級(jí)。但電子具有回到自身能級(jí)的趨勢，當(dāng)外界提供的能量無法維持電子處于高能級(jí)時(shí)，電子就會(huì)躍遷回原來的軌道，并在這個(gè)過程中釋放出一個(gè)光子。眾多原子同時(shí)釋放光子，便產(chǎn)生了發(fā)光現(xiàn)象。

當(dāng)原子獲得的能量較低時(shí)，發(fā)出的電磁波通常以不可見的低能光形式存在，如無線電波、微波、紅外線等，這類光可通過儀器進(jìn)行測量；當(dāng)能量較高時(shí)，就會(huì)發(fā)出可見光；若能量進(jìn)一步升高，便會(huì)發(fā)出頻率超出可見光范圍的高能不可見光，如紫外線、X 射線、γ 射線等。

此外，微觀運(yùn)動(dòng)不僅會(huì)產(chǎn)生不同頻率的電磁波，而且原子分子運(yùn)動(dòng)越劇烈，發(fā)出的光能量越高，同時(shí)還會(huì)伴隨熱輻射現(xiàn)象。為了衡量溫度的高低，人類制定了多種溫標(biāo)，目前常用的有熱力學(xué)溫標(biāo)（符號(hào) “K”，又稱開爾文）、華氏溫標(biāo)（符號(hào) “℉”，又稱華氏度）和攝氏溫標(biāo)（符號(hào) “℃”，又稱攝氏度）。其中，熱力學(xué)溫標(biāo)是標(biāo)準(zhǔn)溫標(biāo)，被科學(xué)界廣泛用于衡量其他溫標(biāo)。

熱力學(xué)溫標(biāo)將宇宙的最低溫度設(shè)定為 0K，即絕對(duì)零度。在絕對(duì)零度下，分子的動(dòng)能為零，這是理論上的溫度下限。

此時(shí)，所有物質(zhì)的粒子都停止振動(dòng)，由于空間的存在依賴于粒子的運(yùn)動(dòng)，因此在絕對(duì)零度時(shí)，空間總體積為零。但在現(xiàn)實(shí)宇宙中，絕對(duì)零度是無法達(dá)到的。

攝氏溫標(biāo)與熱力學(xué)溫標(biāo)每 1 度的大小相同，但零點(diǎn)不同。

絕對(duì)零度相當(dāng)于 - 273.15 攝氏度，即 0K = -273.15℃，水的冰點(diǎn)為 273.15K = 0℃，沸點(diǎn)為 373.15K = 100℃。華氏度與攝氏度的換算關(guān)系為，1 攝氏度的間隔相當(dāng)于 1.8 華氏度的間隔，0K = -275.13℃ = -459.67℉，水的冰點(diǎn) 273.15K = 0℃ = 32℉，沸點(diǎn) 373.15K = 100℃ = 212℉。

任何溫度高于絕對(duì)零度的物體都會(huì)發(fā)出熱輻射，也就是發(fā)射電磁波。

在溫度較低時(shí)，這種輻射以不可見光的形式存在，人眼無法察覺，但借助儀器能夠監(jiān)測到。隨著物體溫度的升高，輻射能量不斷增強(qiáng)，當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí)，物體就會(huì)發(fā)出可見光。

一般情況下，當(dāng)固體溫度升高到 500 攝氏度時(shí)，開始輻射出暗紅色的可見光。隨著溫度的持續(xù)上升，光的顏色會(huì)按照紅 - 橙紅 - 黃 - 黃白 - 白 - 藍(lán)白的順序逐漸變化，這一現(xiàn)象涉及到光的色溫和光譜。溫度越高，可見光中藍(lán)色光的成分就越多。

對(duì)于氣體而言，通過高能激發(fā)可以發(fā)出明亮的可見光。

例如，氙燈通過將電極電壓提升到數(shù)萬伏以上，使高壓擊穿氙氣，在兩極之間形成電弧，從而發(fā)出強(qiáng)光。這種發(fā)光形式產(chǎn)生的等離子體，也被稱為電漿光。等離子體由部分電子被剝奪的原子形成的正離子和負(fù)離子組成，呈混合氣態(tài)。其溫度極高，一般在數(shù)千 K 到數(shù)萬 K 之間。等離子體是物質(zhì)的第四態(tài)，恒星便是以這種形態(tài)存在。

前文提到，原子獲得能量后會(huì)釋放光子，光本質(zhì)上是一種能量輻射，屬于電磁波，而可見光則是人類能夠感知的特定波段的電磁波。

科學(xué)家們通過三棱鏡，能夠?qū)⒖梢姽獾墓庾V色散分離出來。溫度較低的光，能量也較低，因此紅色成分較多；溫度較高的光，能量較強(qiáng)，光譜會(huì)向藍(lán)色方向偏移。

在天文學(xué)領(lǐng)域，光譜分析有著廣泛的應(yīng)用。科學(xué)家們依據(jù)光譜來確定恒星的表面溫度，并將恒星劃分為 O、B、A、F、G、K、M 等光譜型。

M 型光譜的恒星溫度最低，表面溫度在 2000 - 3500K 之間，顏色呈紅色；K 型恒星的表面溫度在 3500 - 5000K，顏色為橙色；我們的太陽屬于 G 型光譜，表面溫度在 5000 - 6000K，顏色發(fā)黃。隨著光譜顏色從黃逐漸向白、藍(lán)轉(zhuǎn)變，恒星的溫度也越來越高，O 型恒星的表面溫度可達(dá)到 30000K 以上，顏色呈蔚藍(lán)色。

恒星的光譜不僅與溫度緊密相關(guān)，還和恒星的質(zhì)量密切相連。通常情況下，溫度越高、顏色越偏藍(lán)的恒星，質(zhì)量越大。因此，科學(xué)家們通過分析恒星的光譜和溫度，就能大致估算出恒星的質(zhì)量。

此外，光譜還能反映恒星的元素組成。

不同元素的電子躍遷時(shí)釋放的能量波長不同，導(dǎo)致它們發(fā)出的光顏色各異。例如，氫的光譜顏色為綠色，氧的光譜顏色為藍(lán)色，硫的光譜顏色為紅色。科學(xué)家們通過對(duì)接收到的恒星光譜進(jìn)行分析，根據(jù)光譜顏色和譜線的差異，就能夠推斷出恒星的化學(xué)組成及其大致比例。