第15讲太阳的光和热
月球、地球都是坚硬的球体，而太阳却是一个炽热的气体大火球，它表面的温度有600万摄氏度，中心有1500万摄氏度，任何东西在太阳上都会化成气。

月球虽然也有光，但它不会发光，它是反射的太阳的光。

那太阳的光和热是从哪儿来的呢？
太阳的主要成分是氢，里有氢原子核，它们互相作用，结合成氦原子核，同时放出光和热，这叫热核反应，太阳就是用原子作燃料的大火炉。

1公斤的原子燃料能抵得30亿公斤的煤。

太阳的原子燃料极其丰富，千千万万年也燃不完，它将永久地供给我们光和热。

太阳为什么会发光、发热呢？它的能源是什么？
天文学家曾经设想过种种可能的来源。

一个简单的想法是，太阳是一个正在燃烧的大煤球。

但是仔细计算一下，像太阳那么大（比地球大130万倍）的煤球，要一直燃烧下来，也只能够烧3000多年。

因为我们人类的历史有几十万年，有文字记载的文明历史也有5000多年了。

太阳的“年龄”不可能比人类历史短。

更何况，要是煤球，越烧越小，太阳光会很快变得越来越暗弱了。

但实际上，经过近百年来的实测，太阳光度并没有什么变化。

所以，煤球燃烧的想法，肯定是不对的。

20世纪来，随着原子物理学的发展，人们才解决了太阳能源问题。

著名科学家爱因斯坦(1879－1955）发现了物体质量与能量的关系。

只要有一点点质量转化为能量，其数值就十分巨大。

例如1克物质相对应的能量，这相当于1万吨煤全部燃烧所放出的热量。

对于原子能的研究，使人们想到，太阳的能源可能就是原子能。

观测、实验证实了这种想法。

原来，太阳主要由氢组成，氢占质量的70％以上。

在太阳内部高温（在1000万K以上）、高压（约为2500亿大气压力）的条件下，氢原子会发生“热核反应”，由4个氢原子核合成为1个氦原子核。

在这个反应中，有一部分质量转化为能量，放出大量的热量。

太阳内部的热核反应，类似于地面上的氢弹爆炸。

正因为在太阳核心区不断地发生无数的“氢弹爆炸”过程，所以源源不断地供应了太阳辐射出的光和热。

原子能就是太阳的能源。

太阳从东方升起这种说法并不正确。

由于地球在绕着太阳转，实际上地球是在向东方转去，迎向太阳。

光的储存器
最近，在德国慕尼黑大学的实验室里，阿希姆·维克斯福特和他的同学们找到了一种捕获光束的方法，能把光束存储一会儿，然后再把它放走。

这种巧妙的方法对于制造未来的光学计算机可能具有深远意义。

神奇的光具有通信和计算机技术人员所盼望的理想特性，其信息载运能力（或者说带宽）非常巨大。

一束激光脉冲一秒钟就可传输整部《不列颠百科全书》。

光还能轻而易举地分成很多光束，成为并行处理的理想媒介，而并行处理是高速计算技术的未来发展趋势。

还有，光的运动是宇宙中速度最快的。

光的运动速度快是个优点也是缺点，如果你想获得数据，你必须让它撞上什么东西停下来。

近年来，物理学家已设计出一些非常奇特的墙壁供光束撞击，这些统称为光电子学技术会把光所携带的数据转换成普通机器所使用的电子形式的技术。

应用光电子技术能够把信息以光速从一个地方传送到另一个地方，在越洋电话电缆、电视遥控器等各个领域都可见到光电子设备的身影。

但是，在实际应用中，仍然要把光的惊人速度和传输容量转换成缓慢的电子流，从而受到导电物体变幻莫测的电流的限制。

如果能够使用光而不是电子，那么就有可能建造超高速的设备;如光学计算机。

为了实现这一梦想，必须设法让光在某些地方滞留一段时间以备使用,实际的滞留时间要足够长，以使光束能够充当光传导数据的存储器。

人们多年来一直在寻找制造这种光学存储器的方法。

他们尝试了各种各样的方法，有的方法要利用古怪的量子效应，有的方法则显得直截了当（比如让光在一个光纤做成的线圈中运行一段时间等）。

维克斯福特说，这些装置的缺点在于它们的体积一般很庞大，为了把光滞留百万分之一秒，你需要300米长的光纤，并且它们还难以控制。

他说：“理想的光学存储器应该是一个小型容器，进入容器中的光信号应该能够按人们的需要保留一段时间，然后再以光的形式释放出来。

”
维克斯福特的研究小组今年早些时候在《科学》杂志上公布了他们的研究成果：一种把光存储在比一个句号还要小的存储装置中的切实可行的方法。

他们使用的是半导体材料，使这种装置非常容易制造并且可与现有的电子技术相结合。

不过制造一种能够捕获、存储和释放光的存储器要困难得多。

为了克服这个障碍，维克斯福特的科研小组研究控制电子运动的新方法。

他们发现表面声波施加到晶体表面的波浪形压力是一种大有希望的控制电子的方法。

维克斯福特的学生卡斯腾·勒克领导的一个研究小组使用一个高频电场制造出了一种声波。

勒克和他的同事们还设法把能量保存了几个微秒的时间,这比自然条件下电子空穴对的存在时间长了几千倍。

但是这里有个难题：所有这些实验都是在只比绝对零度高4度的液氦低温下进行的，并不便于在日常电器中使用。

目前，维克斯福特则向人们表明，通过采用砷化镓和砷化铝半导体层，并且在表面装上一个透明的电极用来产生电场，在液氮温度下也能取得同样的结果。

他们设法把光存储了35微秒。

通过进一步改善设计，他们认为能够在室温下运行的装置没有理由不会很快做成。

维克斯福特说，只要你知道了原理，就像生活中的平常事情一样，制造一个光学存储器是非常容易的。

这种“声光”装置大有用途。

这种存储器的灵活性为制造一系列的装置开辟了道路，这些装置不仅能够存储光，而且还能够处理诸如复合和分解（把很多输入的光信号合成一个信号以及把一个信号分解成多个信号）这样的任务。

维克斯福特说：“光学动态随机存取存储器在诸如光学模式的识别和图像处理等领域具有诱人的应用潜力。

”。