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，將這個夜晚點綴得格外璀璨。就連月亮也隱去笑臉，似乎不愿與人間爭輝。

那么，究竟是誰點亮了這個特殊的夜晚呢？

關(guān)于這個問題的答案，一位來自微觀世界的嘉賓，有話要說。

噔噔噔，神秘人就是我！

要想知道我是誰，你們得將眼前的世界不斷放大，放大，再放大，直到能看清一個個的原子。不對，這樣還不夠。請繼續(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)就像一個微型太陽系。中心位置的原子核就是“太陽”，圍繞它轉(zhuǎn)動的“行星”，則是一個一個的電子。

不過，這個“太陽系”并不穩(wěn)定。宏觀世界里的摩擦、碰撞、燃燒等行為產(chǎn)生的能量，會傳遞給電子，然后它們就像被安上了發(fā)動機似的，想要上演一出微觀版的《流浪地球》。

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

回是回來了，剛才吸收的能量怎么辦呢？整個原子系統(tǒng)可不會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。

這些被釋放出來的能量就是我們——光子。

無數(shù)光子合在一起，就組成了你們看到的光線。

這下大家明白了吧？從微觀來看，點亮除夕夜的，是我，是我，還是我！

咦？怎么有三個“我”？哈哈，因為點亮除夕的光子，主要有三個版本，就讓它們來講講自己的故事吧——

焰火版光子：燃燒吧，小宇宙

除夕夜，隨著春晚倒計時的結(jié)束，無數(shù)焰火開始升上天空。它們用轉(zhuǎn)瞬即逝的精彩，迎接新一年的到來。

這些盛開在天空的璀璨之花，就是無數(shù)因為燃燒而產(chǎn)生的光子。那么，問題來了。如果從微觀層面來看，焰火都是由光子組成的，那么它們?yōu)槭裁磿尸F(xiàn)出不同的色彩呢？

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

人眼可以看見紅、橙、黃、綠、青、藍、紫7種顏色的光線。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和比紫色還高的紫外線，就不是人類的眼睛能看見的了。

但是，如何在焰火中制造這些不同顏色的光子呢？其實也不難，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，將這些金屬元素和燃料一起，按照設定的位置放置在藥筒中。等到點燃之后，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，不但點亮了你們的除夕夜，還見證了人類的照明史。

彩燈1.0

蠟燭、油燈、火把，火焰在很長一段時間里壟斷了人類的照明事業(yè)，直到白熾燈在19世紀閃亮登場。讓白熾燈發(fā)光的，是燈泡里的燈芯。當電流通過燈芯時，燈芯會開始發(fā)熱，進而產(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，科學家們找到了鎢絲。在2 000℃的高溫下，它們也能穩(wěn)定發(fā)光。不過，跟碳棒一樣，鎢絲也會在高溫下慢慢蒸發(fā)，直至斷裂。為了延長鎢絲的壽命，科學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，彩燈也應運而生。

彩燈，說起來非常簡單，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，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

白熾燈是人類進入電氣時代的標志，不過，它也有個無法克服的缺陷，那就是能量轉(zhuǎn)化率太低。大部分白熾燈將90%的能量用來發(fā)熱，只有l(wèi)0%的能量會成為光。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間問題了。

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，通過電力加熱來讓它們產(chǎn)生光子。

彩燈版的氣體放電燈，就是咱們生活中常見的霓虹燈。

霓虹燈，英文名為neon light。neon是氖氣的意思，因為最具代表性的紅色霓虹燈里，加入的就是氖氣。除此之外，二氧化碳會發(fā)出白色光芒，汞蒸氣會發(fā)出藍色光芒，而氦氣則是霓虹燈里的小粉紅。

霓虹燈常常被用來裝點城市，在除夕夜，更是少不了它們的色彩。

知道多一點

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

多說一句

日光燈也是氣體放電燈。它的情況，比霓虹燈要復雜一些，因為它的工作是模擬太陽光。

早在幾百年前，牛頓就發(fā)現(xiàn)，太陽光是紅、橙、黃、綠、青、藍、紫7種顏色的光線混合在一起組成的。要人為制造出這樣的光線來，可不容易?？茖W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，水銀蒸氣會釋放出紫外線。燈管內(nèi)壁上的熒光涂層吸收這些紫外線的能量后，就能釋放出類似陽光般的可見光來。

彩燈3.0

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

這種縮寫為LED的發(fā)光二極管，壽命能達到10萬小時以上，人們再也不用擔心在漆黑的夜晚，燈泡會突然罷工。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極的電子元件，它的特殊之處在于，電流只能從正極流向負極，無法逆流。發(fā)光二極管則是在二極管內(nèi)部，加入不同的半導體材料。電流通過時，不同的半導體材料會釋放出不同能量的光子，也就產(chǎn)生了不同顏色的光。

多說一句

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

熒光棒版光子：掰出來的精彩

熒光棒既不需要點燃，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。它們又是如何制造光子的呢？

熒光棒其實是個雙層結(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)生化學反應。

化學反應的過程會釋放出能量。熒光棒里的熒光染料吸收這些能量后，就開始釋放出光子。這一過程中并不會產(chǎn)生大量的熱，所以大家不用擔心手會被燙到。

由于是化學反應，因此熒光棒持續(xù)的時間與環(huán)境緊密相關(guān)。溫度越高，化學反應越充分和激烈，熒光棒也就越亮，但持續(xù)時間也就越短。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)境就會抑制化學反應，延長發(fā)光的時間。

多說一句

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，會造成惡心、頭暈，甚至麻痹、昏迷等情況。所以咱們千萬不要將熒光棒弄破，讓這些液體釋放出來。

另外，熒光棒含有有毒化學物，屬于“有害垃圾”，難以回收利用。

所以，熒光棒，咱們最好少理會它們。