The Origin of Cosmic Microwave Background Radiation

This paper explains the Olbers paradox and the origin of cosmic microwave background radiation (CMBR) from the viewpoint of the quantum redshift effect. The derived formula dispels the Olbers paradox, confirming that the CMBR originates from the superposition of light radiated by stars in the whole universe, not the relic of the Big Bang. The dark-night sky and CMBR are all caused by Hubble redshift—the physical mechanism is the quantum redshift of the photon rather than cosmic expansion. So this theory supports the infinite and steady cosmology.

基于傅里叶变换光谱验证维恩位移定律

在红外波段对黑体辐射规律中的维恩位移定律进行了验证.通过搭建的傅里叶变换红外光谱仪测得一系列温度下黑体的红外辐射谱,验证了辐射峰值波长与温度倒数之间的正比例关系,比例系数为2.812×10^(-3)m·K,与标准值的偏差为3%.实验还探索了包括动镜移动速度校准等装置优化的方法,并采用傅里叶变换算法处理实验数据.

基于双波段比色与计算机视觉构建火焰温度场

热辐射是大学物理实验教学的重要内容。采用热辐射的双波段比色法与计算机视觉技术,成功设计并搭建了一个用于构建火焰温度场分布模型的实验装置。该装置通过计算机视觉系统采集和匹配不同波段下的火焰热辐射数据,并依据双波段比色法的理论对实验数据进行计算,最终得到了火焰温度场分布模型。同时,还使用Python语言开发了一套自动化采集与计算程序。通过该装置,深入研究了不同因素对火焰温度和温度场分布的影响,并运用所测得的实验数据成功验证了普朗克黑体辐射定律。

论物质运动规律

物质运动在物理量上的反映就是物理量随空间和时间变化,物理量与长度幂次方之比等于物理量与时间幂次方之比乘以速度幂次方的倒数,由此可以导出麦克斯韦方程组、波动方程以及薛定谔波动方程等。基于牛顿第二运动定律定义的力的量纲,可以提出质量引力常数的概念,导出引力定律和库仑定律。在引力分析的基础上,可以修正牛顿第三运动定律。基于量纲关系“能量≡质量×速度×速度”可以导出公式E=Mc2,其物理意义是一个质量体以光速运动时所具有的能量。在只有一个质量体的情况下,该质量体以光速保持匀速直线运动,该质量体的质量是宇宙总质量,这是一个最基本的物理现象,也是最底层的物理规律,用数学语言描述就是:宇宙总能量和宇宙总质量比值的平方根等于光速,这一论断是作者提出的光速原理。从只有一个质量体出发可以导出哈勃定律,还可以导出黑体辐射和宇宙热寂的概念。从以光速运动的质量微粒概念出发可以导出普朗克定律。光子是以光速运动的质量体,光子温度是宇宙热寂温度。

论物质初始状态

宇宙空间中从没有物质的状态到有物质的状态,存在一个从无到有的转折点,将这样一个转折点定义为初始时刻。物质在初始时刻的状态就是物质初始状态。对物质初始状态进行了定性分析和定量分析。从定性的角度来说,初始时刻的物质有速度、有质量、有温度。从定量的角度来说,在初始时刻有且只有一个物质。如果认同宇宙质量守恒,则该物质的质量是宇宙总质量。该物质以光速保持匀速直线运动,该物质的温度是宇宙热平衡温度,这就是物质在宇宙空间中的初始状态。

统计力学视域下的量子理论发展——从玻尔兹曼到普朗克

玻尔兹曼和普朗克分别是热力学和量子力学代表性人物,玻尔兹曼通过热力学第二定律演算出用以从微观世界解释宏观现象的统计力学公式,普朗克在得出了黑体辐射初步公式的基础上运用玻尔兹曼的统计力学方法,将微观概率应用到辐射能量的计算中,最终得出黑体辐射的完整公式同时发现了能量在辐射传递过程中的量子化规律,打破经典物理学认为的能量传递的连续性传统观念,开创了量子力学的新物理时代.

基于光谱发射率函数基形式不变的辐射测温技术

近年来,随着国防、工业、科技等领域飞速发展,无论是对于军用动力发射系统还是对于民用钢铁冶炼以及高科技新兴产业,辐射温度测量都具有重要意义。尤其在温度极高且伴随着瞬态测温(小于1μs)需求的场合,多光谱辐射测温法被广泛运用。多光谱辐射测温法是通过选取被测目标多个特征波长,测量特征波长的辐射信息,再假设发射率与波长相关的数学模型,最终求解得到辐射温度。目前,利用该方法实际测温时,光谱发射率都采用固定的假设数学模型,而针对目标在不同温度状态下,该固定模型则无法进行自适应变化。同样,在不同温度下,如何解算最终的发射率和辐射温度也没有普适性的方法。基于普朗克黑体辐射定律,提出一种被测目标在不同温度下光谱发射率函数基形式不变的思想,简称发射率函数基形式不变法。通过该方法,发射率模型可以根据物体在不同温度状态下,函数系数动态改变来进行自适应变化。同时对于如何解算最终的发射率和辐射温度也相应提出了普适性的方法。通过大量仿真验证以及实际测量光谱辐射照度标准灯和溴钨灯温度实验,证明本文提出的方法比现有的光谱发射率处理方法更加简单实用并且能够有效地提高光谱发射率的计算精度,从而提高辐射温度测量精度。同时具有实用性好、应用广泛等特点。

热辐射测温系统中探测器非线性校正方法

热辐射测量技术中,红外探测器的非线性效应导致对目标红外辐射测量时存在一定误差。依据黑体辐射定律,理论计算得出黑体在不同温度、一定波长带宽下的热辐射量曲线,实验测得同样参数下红外探测器检测到的热辐射量。利用理论曲线对探测器的检测曲线进行修正,校正探测器非线性效应,提高热辐射测温的测量精度。

多光谱瞬态测温计用于动力发射系统火焰测试

无论在民用钢铁冶炼、焊接技术或者军用近代动力学发射系统中,对于目标火焰的辐射温度测量一直有着重要意义,其对钢铁冶炼成分的判定、焊接工艺的提高和动力系统轨道烧灼的研究都有着重要的影响。该情况下火焰不仅温度极高,而且在某些场合其产生是一个瞬态过程。因此,传统的接触式测温方法不再适用。基于经典的普朗克黑体辐射定律在测量时受到光谱发射效率的影响也难以准确得到最后结果。以经典的普朗克黑体辐射定律作为理论基础,结合多波长光谱辐射方法,研制了新型的多光谱辐射瞬态高温测温计。该高温计最快响应时间可达到2 ns。通过采用高分辨率衍射光栅和光纤连接的方式,保证多光谱提取的准确性。同时将经典的普朗克黑体辐射定律结合多波长提出新型辐射温度算法,不仅解决对该目标辐射温度的精准计算,更可以同时求得目标在该温度下的实时光谱发射效率。通过对高速发射目标和可调节亮度的溴钨灯测量的实验表明,该方法满足测量动力发射目标表面辐射温度分布的同时,也保证了较高的精度,满足了对于发射瞬间物体表面瞬态温度测试的要求。

多光谱辐射瞬态高温测温计的研制

在现代动力学发射系统中,在强电磁场激发下瞬间产生的等离子体的火焰辐射温度对飞行目标运动状态以及动力系统轨道烧灼情况有着重要的影响。针对该情况下火焰不仅温度极高,而且其产生是一个瞬态过程。因此,传统的接触式测温方法不再使用,而基于光学高温计和CCD成像阵列等非接触式测温方法也无法响应瞬态过程。文章以经典的普朗克黑体辐射定律作为理论基础,结合多波长光谱辐射方法,研制了新型的多光谱辐射瞬态高温测温计。该高温计可以对目标产生的从300～860nm的波段内任意波长光谱的提取,最快响应时间可达到2ns。通过采用高分辨率衍射光栅和光纤连接的方式,保证多光谱提取的准确性。实验结果表明,利用目标发出的多光谱辐射测温与高速响应光电探测器件相结合的方法能够测量得到动力发射目标表面辐射温度分布的同时,也保证了较高的精度,满足了对于发射瞬间物体表面瞬态温度测试的要求。

非均匀热气体红外辐射特性计算新方法

非均匀热气体由于内部温度、密度、组分浓度随空间分布不同,其红外辐射特性的计算十分困难。为了描述非均匀热气体的红外辐射特性,从统计学的角度上提出等效分子黑体的假设,运用概率论模型推导出一种计算热气体红外辐射特性的新方法,并将该方法应用于非均匀热气体的红外辐射特性计算。该方法完全等同于布格尔—朗伯特衰减定律,并给予该定律一种直观的物理意义,仿真结果也验证了该方法的正确性。

四色高温测量中最佳化参数的选择

本文从黑体辐射定律出发 ,计算了物体辐射谱在四个不同波长处辐射强度的比率。结果表明 ,适当选取四个测量点的波长、四波长之差值及测量点波长带宽 ,该比率与被测辐射体温度之间有良好的单值关系 ,并可一定程度上消除物体单色辐射率对测温的影响。根据结果用图示出了各参数对四色高温测量的影响。

基于转动传感器的黑体辐射实验

介绍了使用转动传感器进行黑体辐射实验的方法。这种方法可以直观地对黑体辐射光谱进行扫描,同时利用Datastudio软件可以迅速地获得不同温度下的黑体辐射曲线。根据获得的黑体辐射曲线还可以对维恩位移律进行验证。同时,对实验中涉及的实验参数做了细致的分析。

试论光子的分裂

从有关基本概念出发,介绍了黑体辐射定律的MATLAB推导过程。现有理论假设光子能量取值为nhv(其中n为整数,v为辐射的频率,h为普朗克常数)。给出了光子能量取值为anhv(0<α<1,n=0,1,2,…)情况下的广义普朗克定律和广义斯蒂芬一玻尔兹曼定律。讨论了光子分裂的可能性问题。

黑体的分析和研究

简单介绍了宇宙黑体。阐述了黑体所遵循的规律和特性，为科学研究提供了理论依据。在实际应用中，将目标为飞机、军舰等的热辐射，用本文介绍的空腔型黑体辐热源来等效，便于红外检测系统的标定与测试。

小质量恒星形成理论中的大学物理知识浅析

文章以恒星形成的过程:吸积、坍缩及外向流为出发点,梳理了其中所应用到的万有引力定律、开普勒旋转、热力学第一定律、黑体辐射定律、角动量、质能关系等几点大学物理知识,并简要介绍了在小质量恒星形成过程中这些知识点所起到的作用。

普郎克定律的一个新推论

根据热辐射基本定律———普郎克定律,推导出了一个新的推论。即对于任意温度T的黑体辐射源,总存在一对应波长λδ,该波长对应的黑体单色辐射亮度对温度T的偏导数最大,且λδT =2 4 10 .3μm·K。这一结论对于单波长辐射温度计设计中探测器波段的选择有重要参考价值,根据此结论可以推出温度测量灵敏度最高的波长。

基于多CCD同步耦合的动态燃烧场三维辐射测温(特邀)

为满足燃烧场温度参量时空演化特征诊断的需求,提出了基于多CCD同步耦合的动态三维辐射测温方法。在多视线方向测量基础上,通过代数重建技术对燃烧场进行体素分割,根据Plank辐射定律采用标准黑体辐射源对光电信号的映射关系进行标定,利用比色法实现三维温度场表征。进一步在时间序列上控制多CCD相机来同步获取燃烧场不同视线方向的辐射信息,基于R、G通道内的灰度信息,对实验室蜡烛火焰与外场某型号固体火箭发动机试验器尾喷焰的瞬态燃烧场温度参量进行了测试。结果表明,在实验室内,蜡烛火焰温度分布范围为805.4~1280.8 K,使用热电偶进行时空点位验证,平均误差为3.8%,最大误差为4.36%;固体火箭发动机试验器尾喷焰最高温度为2125.7 K,经近红外测温仪验证,测试误差在8%以内。该研究能够在保证时间、空间分辨率的条件下对燃烧场的三维温度参量进行特征诊断,在航天测试领域,对固体火箭发动机的温度参量测量提供了一种有效的方法。

燃烧火焰的动态辐射高光谱测温方法研究

为实时可靠监测火焰燃烧场特性,提出了火焰的动态辐射高光谱测温方法研究。首先,基于普朗克黑体辐射定律与基尔霍夫定律,建立了火焰辐射高光谱测温的模型;其次,搭建火焰光谱标定与动态测试系统,实时获取弥散火焰辐射高光谱信息与发射率特征;最后,通过对光谱信息进行去除暗电流与平滑滤波处理后,进行温度反演,并采用热电偶装置对测试结果准确性进行了验证。分析结果表明,测量装置在1206 K的最大绝对误差为47.9 K,相对误差为3.97%。火焰在点燃至燃烧稳定过程中,发射率随着炭黑生成量的增大而逐渐增大,在火焰稳定后达到峰值并趋于稳定。

激光毁伤中的多光谱测温技术研究

为研究激光毁伤中毁伤区域状态的变化,基于激光毁伤时目标区域所具有较为规则的毁伤区域、温度分布,提出一种改进的多光谱测温方法,对毁伤区域的辐射光谱进行反演分析。利用该方法对毁伤区域的辐射光谱进行温度反演,研究比色测温法与多光谱测温法在相同情况下的测温精度、影响因素;通过该方法对1 500 K温度下的目标辐射光谱进行光谱反演。结果表明:该方法最少可以将测温误差缩小24%,在实验中最大可以将误差缩小60%;根据不同温度区域的面积分布,可以反馈并优化目标区域温度分布反演的精度,为目标区域温度分布的测量提供了一种思路。