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用鉗子夾冰糖為什麽會發光?

2018-12-22科學

冰糖的摩擦熒光確有其事。想見證奇跡的童鞋可以做一個小實驗:找來一個透明的內部幹燥(一定要幹燥,越幹燥現象越明顯)的礦泉水瓶,用其四分之一的空間裝上大塊冰糖。在一個月黑風高的夜晚,拉上窗簾,關上燈,讓室內伸手不見五指,然後迅速地搖晃塑膠瓶,你就可以看到瓶中的冰糖一下下地發著藍紫色的閃光。搖得越快,現象越明顯!

(圖片來源:FPSoutback分享的youtube影片)

你可能不知道,摩擦熒光(Triboluminescece)的研究歷史已經有幾百年了,早在17世紀就有人發現摩擦糖塊會發出亮光。其機理在Halliday的【Fundamentals of Physics】裏面有所敘述。由於冰糖晶體的非對稱性,冰糖在斷裂過程中斷面會帶上正負電荷,相當於把震動摩擦的機械能轉化為了電勢能。而電荷中和的放電過程激發了空氣中的氮分子,氮分子退激發將能量以熒光形式放出。相似機理引起摩擦發光的晶體還有LiF、NaCl、SiC等。

雖然多種晶體都有相似的發光現象,但是背後蘊含的機理問題有很多。比如,晶體的壓電效應、扭曲和位錯都能引起發光;還有些晶體不像冰糖這樣靠激發氮分子來發光,而是由晶體本身被激發所致。除此之外,摩擦熒光也不僅限於非對稱晶體,在某些對稱晶體上也能觀察到該現象。這些問題都有待人們去研究。這麽看來,一個不起眼的小現象說不定蘊含著很多大學問呢!

BY 中科院物理所 問答專欄