王小北

除夕夜，一年中最閃亮的夜晚。

焰火、彩燈、熒光棒，各種各樣的光輝和色彩，將這個(gè)夜晚點(diǎn)綴得格外璀璨。就連月亮也隱去笑臉，似乎不愿與人間爭(zhēng)輝。

那么，究竟是誰(shuí)點(diǎn)亮了這個(gè)特殊的夜晚呢？

關(guān)于這個(gè)問(wèn)題的答案，一位來(lái)自微觀(guān)世界的嘉賓，有話(huà)要說(shuō)。

噔噔噔，神秘人就是我！

要想知道我是誰(shuí)，你們得將眼前的世界不斷放大，放大，再放大，直到能看清一個(gè)個(gè)的原子。不對(duì)，這樣還不夠。請(qǐng)繼續(xù)放大，直到將原子的結(jié)構(gòu)也能看得清清楚楚。

原子的結(jié)構(gòu)就像一個(gè)微型太陽(yáng)系。中心位置的原子核就是“太陽(yáng)”，圍繞它轉(zhuǎn)動(dòng)的“行星”，則是一個(gè)一個(gè)的電子。

不過(guò)，這個(gè)“太陽(yáng)系”并不穩(wěn)定。宏觀(guān)世界里的摩擦、碰撞、燃燒等行為產(chǎn)生的能量，會(huì)傳遞給電子，然后它們就像被安上了發(fā)動(dòng)機(jī)似的，想要上演一出微觀(guān)版的《流浪地球》。

好在，這些電子跑不了多遠(yuǎn)就會(huì)犯起思鄉(xiāng)病，然后乖乖回到自己的位置上。

回是回來(lái)了，剛才吸收的能量怎么辦呢？整個(gè)原子系統(tǒng)可不會(huì)允許這些不安定的因素存在。電子只能將多余的能量釋放出來(lái)。

這些被釋放出來(lái)的能量就是我們——光子。

無(wú)數(shù)光子合在一起，就組成了你們看到的光線(xiàn)。

這下大家明白了吧？從微觀(guān)來(lái)看，點(diǎn)亮除夕夜的，是我，是我，還是我！

咦？怎么有三個(gè)“我”？哈哈，因?yàn)辄c(diǎn)亮除夕的光子，主要有三個(gè)版本，就讓它們來(lái)講講自己的故事吧——

焰火版光子：燃燒吧，小宇宙

除夕夜，隨著春晚倒計(jì)時(shí)的結(jié)束，無(wú)數(shù)焰火開(kāi)始升上天空。它們用轉(zhuǎn)瞬即逝的精彩，迎接新一年的到來(lái)。

這些盛開(kāi)在天空的璀璨之花，就是無(wú)數(shù)因?yàn)槿紵a(chǎn)生的光子。那么，問(wèn)題來(lái)了。如果從微觀(guān)層面來(lái)看，焰火都是由光子組成的，那么它們?yōu)槭裁磿?huì)呈現(xiàn)出不同的色彩呢？

這是因?yàn)?，雖然同為光子，但如果獲得的能量不一樣，就會(huì)發(fā)出不同顏色的光。

人眼可以看見(jiàn)紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫7種顏色的光線(xiàn)。其中，紅色光子的能量最低，然后依次增加，紫色最高。而能量比紅色還低的紅外線(xiàn)和比紫色還高的紫外線(xiàn)，就不是人類(lèi)的眼睛能看見(jiàn)的了。

但是，如何在焰火中制造這些不同顏色的光子呢？其實(shí)也不難，燃燒不同的金屬或它們的化合物就行了。比如洋紅色可能是含有鍶元素，藍(lán)綠色含有銅元素，黃色含有鈉元素，紫色含有鉀元素，磚紅色則含有鈣元素。

制造焰火時(shí)，將這些金屬元素和燃料一起，按照設(shè)定的位置放置在藥筒中。等到點(diǎn)燃之后，人們就能在天空中看到黃色的腳印、紅色的數(shù)字等大家想要的色彩和圖形啦！

咱們彩燈版光子，不但點(diǎn)亮了你們的除夕夜，還見(jiàn)證了人類(lèi)的照明史。

彩燈1.0

蠟燭、油燈、火把，火焰在很長(zhǎng)一段時(shí)間里壟斷了人類(lèi)的照明事業(yè)，直到白熾燈在19世紀(jì)閃亮登場(chǎng)。讓白熾燈發(fā)光的，是燈泡里的燈芯。當(dāng)電流通過(guò)燈芯時(shí)，燈芯會(huì)開(kāi)始發(fā)熱，進(jìn)而產(chǎn)生光子。

最早的燈芯，是用碳棒制作的。但碳棒燈芯不耐熱，很快就在高溫中消耗殆盡。后來(lái)，科學(xué)家們找到了鎢絲。在2 000℃的高溫下，它們也能穩(wěn)定發(fā)光。不過(guò)，跟碳棒一樣，鎢絲也會(huì)在高溫下慢慢蒸發(fā)，直至斷裂。為了延長(zhǎng)鎢絲的壽命，科學(xué)家們嘗試將它們放入真空或是充入惰性氣體的玻璃燈

泡中，避免和氧氣的接觸。

白熾燈誕生后，彩燈也應(yīng)運(yùn)而生。

彩燈，說(shuō)起來(lái)非常簡(jiǎn)單，就是給玻璃燈泡染上不同的顏色。

在玻璃還處于熔化狀態(tài)時(shí)，摻入不同的金屬氧化粉末，就能生產(chǎn)出不同顏色的玻璃。比如鈷可用于生產(chǎn)藍(lán)色玻璃，鉻和鐵可用于生產(chǎn)綠色玻璃，紅寶石般的玻璃則是金的功勞。

彩燈2.0

白熾燈是人類(lèi)進(jìn)入電氣時(shí)代的標(biāo)志，不過(guò)，它也有個(gè)無(wú)法克服的缺陷，那就是能量轉(zhuǎn)化率太低。大部分白熾燈將90%的能量用來(lái)發(fā)熱，只有l(wèi)0%的能量會(huì)成為光。而氣體放電燈能將40%的能量轉(zhuǎn)化為光，因此白熾燈被取代也只是時(shí)間問(wèn)題了。

氣體放電燈，顧名思義，就是在燈管中加入不同的氣體或金屬，通過(guò)電力加熱來(lái)讓它們產(chǎn)生光子。

彩燈版的氣體放電燈，就是咱們生活中常見(jiàn)的霓虹燈。

霓虹燈，英文名為neon light。neon是氖氣的意思，因?yàn)樽罹叽硇缘募t色霓虹燈里，加入的就是氖氣。除此之外，二氧化碳會(huì)發(fā)出白色光芒，汞蒸氣會(huì)發(fā)出藍(lán)色光芒，而氦氣則是霓虹燈里的小粉紅。

霓虹燈常常被用來(lái)裝點(diǎn)城市，在除夕夜，更是少不了它們的色彩。

知道多一點(diǎn)

在氣體中，氧氣（ 02）是個(gè)活躍分子，喜歡到處和其他元素交朋友，從而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。與氧氣相反的是，有氣體卻很懶，誰(shuí)也不愿意搭理，比如氖氣（Ne），氦氣（He）等。它們就被稱(chēng)為惰性氣體。

多說(shuō)一句

日光燈也是氣體放電燈。它的情況，比霓虹燈要復(fù)雜一些，因?yàn)樗墓ぷ魇悄M太陽(yáng)光。

早在幾百年前，牛頓就發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)光是紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫7種顏色的光線(xiàn)混合在一起組成的。要人為制造出這樣的光線(xiàn)來(lái)，可不容易?？茖W(xué)家們用到的辦法是，在燈管中加入惰性氣體和水銀蒸氣。通電加熱之后，水銀蒸氣會(huì)釋放出紫外線(xiàn)。燈管內(nèi)壁上的熒光涂層吸收這些紫外線(xiàn)的能量后，就能釋放出類(lèi)似陽(yáng)光般的可見(jiàn)光來(lái)。

彩燈3.0

在20世紀(jì)60年代，科學(xué)家們成功研制出一種名為發(fā)光二極管的照明工具。

這種縮寫(xiě)為L(zhǎng)ED的發(fā)光二極管，壽命能達(dá)到10萬(wàn)小時(shí)以上，人們?cè)僖膊挥脫?dān)心在漆黑的夜晚，燈泡會(huì)突然罷工。它的能耗也僅為白熾燈的十分之一，熒光燈的四分之一，真是好用又環(huán)保。

二極管是一種擁有正極和負(fù)極的電子元件，它的特殊之處在于，電流只能從正極流向負(fù)極，無(wú)法逆流。發(fā)光二極管則是在二極管內(nèi)部，加入不同的半導(dǎo)體材料。電流通過(guò)時(shí)，不同的半導(dǎo)體材料會(huì)釋放出不同能量的光子，也就產(chǎn)生了不同顏色的光。

多說(shuō)一句

導(dǎo)電性能介于絕緣體和導(dǎo)體之間的物質(zhì)，就是半導(dǎo)體。在咱們的生活中，應(yīng)用得最廣的半導(dǎo)體就是硅。在半導(dǎo)體中，電流有一種特殊的傳導(dǎo)方式，名叫“空穴傳導(dǎo)”。半導(dǎo)體材料中，一些原子由于電子缺失而形成“空穴”。通電之后，一些電子補(bǔ)充到這些空穴之中，從而釋放出光子。

熒光棒版光子：掰出來(lái)的精彩

熒光棒既不需要點(diǎn)燃，也不用通電，大家只需要輕輕一掰，就能讓它們發(fā)出顏色各異的微弱光線(xiàn)。它們又是如何制造光子的呢？

熒光棒其實(shí)是個(gè)雙層結(jié)構(gòu)。外層是塑料，內(nèi)層是玻璃，玻璃管內(nèi)外分別裝有兩種不同的液體。我們用力掰熒光棒，就是要弄碎中間的玻璃，讓兩種液體混合，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。

化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程會(huì)釋放出能量。熒光棒里的熒光染料吸收這些能量后，就開(kāi)始釋放出光子。這一過(guò)程中并不會(huì)產(chǎn)生大量的熱，所以大家不用擔(dān)心手會(huì)被燙到。

由于是化學(xué)反應(yīng)，因此熒光棒持續(xù)的時(shí)間與環(huán)境緊密相關(guān)。溫度越高，化學(xué)反應(yīng)越充分和激烈，熒光棒也就越亮，但持續(xù)時(shí)間也就越短。反之，如果我們將已經(jīng)發(fā)光的熒光棒放入冰箱中，低溫環(huán)境就會(huì)抑制化學(xué)反應(yīng)，延長(zhǎng)發(fā)光的時(shí)間。

多說(shuō)一句

值得一提的是，熒光棒中的液體具有低毒性，如果被人體觸碰或吸收，會(huì)造成惡心、頭暈，甚至麻痹、昏迷等情況。所以咱們千萬(wàn)不要將熒光棒弄破，讓這些液體釋放出來(lái)。

另外，熒光棒含有有毒化學(xué)物，屬于“有害垃圾”，難以回收利用。

所以，熒光棒，咱們最好少理會(huì)它們。