能密

能密是對能量密度的簡稱。它是指單位體積的某種物質由絕對零度轉變成現在狀態所吸收的能量。例如:某狀態下的12噸水從絕對零度轉變成該狀態共吸收了7.8636X10(+9)J的能量,則這些水的能密約為6.553X10(+8)J每立方米。能密包括動能密和靜能密。動能密包括巨觀動能密和微觀動能密。微觀動能密是指單位體積的物質分子熱運動所具有的能量總和;巨觀動能密是指相對一個運動的物體所具有的能量密度,例如聲音具有能量,隨著聲波的向外傳播,體積會變大,而能量總和不變,所以能密就會減小。

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能密表示的物質

1).由同一種基本粒子構成的物質,如氧氣
2).雖由多種粒子組成,但各粒子在該物質中分布比例相同,如溶液

能密的用途

宇宙光紅移

以太陽為例,假設太陽每時每刻向外輻射的能量相等,且宇宙空間除了太陽沒有任何天體和粒子,那么在距離太陽0~1光年的範圍空間和距離太陽1~2光年的範圍空間的太陽能總量是相等的。由於後者的體積是前者的7倍,所以距離太陽1~2光年的範圍空間的電磁波的能密應該是0~1光年範圍空間的1/7,也就是說恆星發射電磁波的的能密隨著傳播距離的變長而減小,換句話說電磁波的光量子的能量隨著傳播距離的變大而減小。由普朗克的光量子的能量公式E=hv(E為光量子的能量,h為普朗克常量,v為電磁波頻率)可得電磁波頻率減小了,電磁波就出現了一定的紅移現象。不過此時人類還不能觀測到光紅移現象,只有傳播一定的距離(大約幾十萬光年)之後人類才能觀測到光紅移現象,因為人類觀察到的光波或利用儀)器觀測到的電磁波只是電磁波的一部分,其波長應該大於4X10(-7)m,電磁波中那些波長小於4X10(-7)m的部分波長一變長就會轉變成可見光,所以只有待到電磁波中沒有了波長小於4X10(-7)m的部分以後,人類才能觀察到光的紅移現象。隨著傳播距離的增長,紅移現象也越明顯,這就是哈勃望遠鏡觀測的結果的原因。觀測結果:除了銀河系附近幾個星系外,幾乎所有的星系發出的光都產生了紅移現象,而且隨著距離的增大,紅移現象也越明顯。
由於燈光發出的光能量太小,且沒有波長小於4X10(-7)m的部分,所以容易產生紅移現象。例如:在農忙時節黑夜,離收割機很近的時候,你會發覺燈光發白,在幾千米以外你就會感覺燈光發紅。

人類觀察到的宇宙為什麼是有限的

由於人類靠可見光來觀察這個世界,所以人類眼睛有一個接收外界電磁波的能密取值範圍,現在由於人類科技進步,人類可以利用先進技術將那些能密極低的電磁波轉化為人類能夠觀察到的光波,但是能密再低也得有個極限。由於宇宙空間存在一定的輻射背景,這個宇宙輻射背景的能密就成為這個極限的制約條件,因此宇宙輻射背景的能密又叫做人類觀測到的極限電磁波能量密度,簡稱極限能密。隨著電磁波傳播距離變大,電磁波的能密會不斷減小,等傳播一定距離(大約幾百億光年)後,電磁波的能密就會小於極限能密,這時電磁波就不會再被人類所觀測到。電磁波能被人類觀測到的距離與恆星輻射的SLG能密(距離恆星一光年處的電磁波的能量密度)有關。SLG能密越大,能被人類觀測到的距離也越大。不過再大這個距離也是有限的,所以人類觀測到的宇宙是有限的,只是宇宙的一部分而已。

人類為什麼還沒發現地外文明

假設在太陽系以外存在地外文明,而且地外文明會利用裝置向外發射電磁波來表示此顆星球存在智慧生物的話,那么人類也很難發現地外文明發射的電磁波,而確定此顆星球存在生物,因為地外文明發射的電磁波的SLG能密太小以至於有可能小於極限能密而無法被人類觀測到。舉一例子:在青島的立敏向大海投擲了一顆石子,在美國大陸的陳浩無論如何也不能觀測到石子泛起的水波,因為當水波傳播幾千千米以後,水波的振幅就會與分子直徑相仿,由於分子在永不停息的做無規則運動,所以要想觀測到水波,最起碼水波的振幅要比水分子無規則運動的振幅要大的明顯。若美國所屬太平洋洋底海盆中發生大地震引起大海嘯,在青島港的立敏一定能觀測到海嘯所引起的波浪(假設水面風平浪靜)。太陽輻射電磁波就好比發生大海嘯一般,每秒向太空輻射3.8X10(+28)J的巨大能量。人類發射電磁波就好比投擲石子一樣,每秒輻射的能量有限。極限能密就好比分子做無規則運動的振幅。由於人類發射的電磁波的SLG能密無法和太陽相比,所以人類發射的電磁波能被人類觀測到的距離應該在一光年之內。由於恆星之間的平均線度是十光年,所以很難觀測到地外文明發出的電磁波。以人類目前技術發現太陽系外的行星都很難。行星反射的光波的SLG能密應該比生物發射的電磁波的SLG能密大,因此即使存在地外文明,人類未發現也是情理之中的。

能密在現實生活中引起的現象

距離光源越近,人眼感覺光線越刺眼,皮膚灼燒感覺越厲害,加熱物體所用時間越短
距離聲源越遠,人耳感覺聲音越柔和,人腳感覺地顫抖振幅越小

能密定律

一個物體的微觀動能密越大,向外輻射的電磁波能密也越大,波長越短
波向外擴散,波的能密變小,波長變大(或振幅變小)
波向里匯聚,波的能密變大,波長變小(或振幅變大)

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