Наука Гарри Поттера. Завораживающие знания, лежащие в основе магии, гаджетов, зелий и многого другого

То есть маглы ежедневно используют свои мобильные телефонам в качестве источника света подобно тому, как волшебники используют для этого свою палочку. Итак, как же добиться, чтобы палочка излучала свет?

Люмос!

Эти в буквальном смысле просветляющие чары – один из лучших способов для волшебника развеять мрак любой природы. После включения волшебная палочка будет излучать свет, словно палец инопланетянина из фильма 1982 года.

Когда форма жизни использует внутренние реакции для создания света, этот процесс называется биолюминесценцией. Светлячки, светящиеся личинки, рыбы-удильщики и различные другие животные обладают способностью производить свет по своему желанию, но он часто бывает синим, зеленым, а иногда даже красным. Однако палочка все же не является биологической формой жизни, поэтому мы можем игнорировать биолюминесценцию как механизм производства света.

Свет также может излучаться при смешивании двух химических веществ. Они вступают в реакцию и испускают свет в результате процесса, называемого хемилюминесценцией. Так работают светящиеся трубочки. Они бывают самых разных цветов, и их можно заставить очень ярко светиться при нагревании, однако размер кончика волшебной палочки сильно ограничил бы количество света, которое так можно получить. Процесс также можно остановить, сделав трубочки очень холодными. Таким образом, хемилюминесценция является возможным кандидатом.

Если говорить об излучении света в целом, можно перечислить множество вариантов, однако подавляющее большинство из них будет базироваться либо на накаливании, либо на люминесценции. Накаливание – это свет, испускаемый в результате повышения температуры вещества, в то время как люминесценция – свет, испускаемый независимо от температуры. То есть, если Люмос работает за счет накаливания, то палочка также должна выделять заметное количество тепла; если же за счет люминесценции, то палочка будет работать как холодный источник света.

Создание света

Свет – это форма электромагнитного излучения (ЭМИ), передаваемого в виде фотонов, несущих энергию разного уровня. Фотоны являются результатом выброса энергии электронами, причем эта энергия выделяется только в дискретных количествах, известных как кванты.

В случае люминесценции необходимая для испускания фотонов энергия может поступать из различных источников, что определяет ее конкретный тип. Например, электролюминесценция питается электричеством, сонолюминесценция вызывается звуком, а фотолюминесценция порождается энергией поглощаемых фотонов.

В целом процесс можно описать так: когда электрон поглощает энергию извне, он поднимается на более высокий энергетический уровень, или, как говорят, переходит в возбужденное состояние. После этого в прямом смысле мгновенно электрон избавляется от добавочной энергии, порождая фотон, в результате чего возвращается к своему первоначальному уровню, переходя в невозбужденное или основное состояние. Фотоны имеют разные частоты, соответствующие количеству энергии, которую они несут. Чем выше частота фотона, тем больше у него энергии.

Частоты электромагнитного излучения, которые мы можем воспринимать глазами, известны как видимый свет и охватывают спектр цветов радуги. Каждый оттенок или цвет радуги соответствует определенной частоте света. Красный – самая низкая частота, которую мы способны видеть, начинается от примерно 390 ТГц, а самая высокая частота нашего порога восприятия составляет около 790 ТГц – фиолетовый. Свет, который мы видим, обычно состоит из набора различных частот, то есть представляет собой смешение различных оттенков. Если на какой-либо конкретной частоте наблюдается большая интенсивность, то кажется, что свет приобретает соответсвующий оттенок. Однако если все частоты видимого спектра присутствуют примерно в одинаковых пропорциях, то мы воспринимаем такой свет как белый.

Тот факт, что заклинание Люмос излучает яркий белый свет, указывает на равномерную генерацию фотонов всех частей видимого спектра, и они могут быть получены с помощью любой из форм люминесценции. Но люминесценция – не единственный доступный вариант.

Накаливание

Все объекты, которые не находятся при температуре абсолютного нуля (самая низкая возможная температура –273 °C), испускают фотоны в виде теплового излучения. Этот процесс известен как накаливание.

Если объект, испускающий свет, при этом полностью поглощает любое внешнее излучение, его можно рассматривать как так называемое абсолютно черное тело. Абсолютно черное тело и его излучение используются для построения термодинамических моделей, а ближайшим реально существующим аналогом подобного объекта является Солнце.