作业帮猫的眼睛晚上为什么会发光而白天不会?
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/11/03 03:42:09
猫的眼睛晚上为什么会发光而白天不会?
猫的眼睛晚上为什么会发光而白天不会?
猫的眼睛晚上为什么会发光而白天不会?
动物的眼睛在夜晚放光,并非是简单地反射了夜晚中极其微弱的可见光,而是反射了人眼看不见的红外线,并且在反射红外线时令其发生蓝移,变成了可见光.如果不是动物通过肌肉给眼睛内的液晶膜施加压力作用,令液晶膜表面就会带有一定量的负电荷,从而使得大量液晶分子被维持在某一激发态或称亚稳态上,动物的眼睛是不可能在夜晚放出可见光的,这样的可见光由于黑夜光强十分微弱,但具有与背景不同的奇特色彩,于是显出各种不同颜色.
某些动物在晚上活动时,其眼睛经常是呈荧光的颜色,例如猫的眼睛放绿光,牛的眼睛放蓝光,狼的眼睛放黄绿光.按照常识,在漆黑的夜晚照射到动物眼睛上的入射光的强度是很弱的,由此导致反射光的强度应该更弱,如果人们连入射光都看不见,怎么经过动物的眼睛一反射,反而看见了反射光了呢?难道入射光经过动物的眼睛反射后,反倒变强了不成?!更令人惊奇的是,有些动物的眼睛并非在夜晚一定会放光,只用当其需要用眼睛搜索目标时,其眼睛才会骤然闪射出明亮的冷光,而到了白天,在外界的入射光增强的状态下,动物的眼睛反而不再放光了,这又是怎么会事呢?
要想回答上述问题,就需要知道美国的隐形战机所用的吸波涂层的基本工作原理,即光电效应阈值可变原理,下面首先简单地介绍一下光电效应阈值可变原理.
实验表明,金属具有极强的反射雷达波（波长范围为毫米波——米波）的本领,当雷达波照射到金属表面时,绝大部分会不变地反射回去,由此导致目标被雷达观测到.但当同为电磁波的紫外辐射这种高频电磁波照射金属时,金属的反射系数将急剧减小,同时表面还会有电子逸出,这种现象称为光电效应.此外,光电效应的发生还与材料表面的形状有关.
隐形战机所用的吸波涂层分子的基态是处于较深的负能级状态,其表面分子无论怎样排列,雷达波显然都不能将其直接激发或电离.但如果利用电源或其他方式令吸波涂层表面携带一定量的负电荷,由于集肤效应,这些负电荷将集中分布在吸波涂层的表面上.当雷达波照射到带有多余负电荷、并按一定规律排列的吸波涂层时,其所带的负电荷将克服空气等因素的势垒限制作用,从“基态”跃迁到“激发态”或自由态,即飞离吸波涂层表面.这一过程是通过吸收雷达波的能量并将其转化为电子的动能来实现的.
令吸波涂层表面带有少量的负电荷,还可以改变吸波涂层表面上分子的能级.大家知道,吸波涂层内部分子的能级可以不受周围静电场的或恒稳电场的影响,但对于吸波涂层最外表面上能受雷达波照射作用的原子,其能级会受到表面上多余负电荷电场的电离作用而改变,被维持在某一激发态或称亚稳态上.雷达波的能量虽然很弱,不能使处于基态附近分子的能级由一个定态跃迁到另一个定态.但如果吸波涂层在表面所带负电荷电场的电离作用下被维持在高能级的激发状态上,则其能发生光电效应的所谓光电阈值就会大大降低,成为受吸波涂层表面电荷面密度影响的可调控的物理量.通过改变吸波涂层表面电荷面密度将其光电阈值调控在雷达波的频率下,受雷达波照射时吸波涂层表面按一定规律排列的分子就会立即发生光电效应,伴随着雷达波能量朝分子中电子的转移,使得雷达波的反射系数急剧减小.
吸波涂层表面的分子在失去电子后会再捕获电子,恢复到亚稳态或基态,并放出相应能量的光子.大量分子受雷达波照射时跃迁到更高能级的激发态或电离态后再捕获电子并向外发射光子时,不一定正好回到原亚稳态,而是向包括基态在内的所有各低能级跃迁,向外发出的光子能量将是包括了雷达波、原子的热辐射和周围的负电荷等所有作用于原子的能量,故该光子的波长与雷达波的波长会相差很多,且比吸波涂层表面的热辐射波长略短（有少量的蓝移）,从而使雷达波被隐入到吸波涂层表面的热辐射中去,不能被雷达波的接收系统识别接受到.
以上即为光电效应阈值可变原理.笔者认为,上述光电效应阈值可变原理同样可以用来说明动物的眼睛为什么能够在夜晚发出可见光.
众所周知,看上去好像一片黑暗的夜晚.其实充满着人眼看不见的红外线.但是,红外线即使被物体反射,一般也不会变成可见光,除非被反射的红外线发生蓝移.在通常情况下,动物眼睛内的液晶膜分子是处于基态,无论其怎样排列,受到红外线照射的动物眼睛内的液晶膜是不会产生蓝移反射的.因此,动物的眼睛在白天和夜晚一般是不会放光的.
但是,如果某些动物能够通过肌肉给眼睛内的液晶膜施加一个压力作用,令其表面产生一个压电效应,则动物眼睛内的液晶膜表面就会带有一定量的负电荷,从而使得大量液晶分子受到液晶膜表面上多余负电荷电场的电离作用而改变,被维持在某一激发态或称亚稳态上,与此同时,肌肉还需改变液晶膜表面的分子排列,在这种情况下,当外界的红外线辐射作用到这些按照一定规律排列的处于激发态的液晶分子时,这些液晶分子会跃迁到更高能级的激发态或电离态,然后再捕获电子并向外发射光子.由于跃迁到更高能级的激发态或电离态液晶分子不一定正好回到原亚稳态,而是向包括基态在内的所有各低能级跃迁,由此导致向外发出的光子能量是包括了外界的红外线辐射、动物通过肌肉给眼睛内的液晶膜施加压力作用的能量,从而使得液晶膜表面的反射光发生蓝移,变成了人类眼睛可以看见的绿光、蓝光、黄绿光等可见光.
由上述分析可知,动物的眼睛在夜晚放光,并非是简单地反射了夜晚中极其微弱的可见光,而是反射了充满夜空的人眼看不见的红外线,并且在反射红外线时令其发生蓝移,变成了可见光,所以才有在看不见入射光、人们却能看见动物的眼睛反射光的情况.如果不是动物通过肌肉给眼睛内的液晶膜施加压力作用,令液晶膜表面就会带有一定量的负电荷,从而使得大量液晶分子被维持在某一激发态或称亚稳态上,动物的眼睛是不可能在夜晚放出可见光的,这样的可见光由于黑夜光强十分微弱,但具有与背景不同的奇特色彩,于是显出各种不同颜色