了解夜视仪（二）：原子理论

夜视仪工作的理论基础

原子是永恒运动的。它们不停地振动、移动和旋转。即便是构成我们座椅的原子也是不断运动着的。原子有几种不同的激发状态。换言之，它们具有不同的能量。如果我们将大量的能量赋予一个原子，它就会摆脱基态能级而达到激发水平。激发水平取决于以热、光或电等形式施加到原子上的能量的多少。

原子由原子核（包括质子和中子）和电子云构成。我们可以将电子云中的电子设想成在不同轨道上围绕着原子核运动。现在还无法观察到电子的离散轨道，但把这些轨道设想成原子不同的能级会更容易理解。换句话说，如果我们向原子施加一定的热能，可以预见的是，一些处于低能轨道的电子会转移到高能轨道上，即离原子核更远。

电子转移到高能轨道后，最终仍要回到基态。在此过程中，电子会以光子（一种光线粒子）的形式释放能量。您会发现，原子不断地以光子的形式释放能量。举例来说，当烤面包炉内的发热器之所以会变成亮红色，就是因为原子被热力激发，释放出了红色的光子。激发态的电子比未受激发的电子具有更高的能量，并且正是由于电子吸收了若干能量才达到了激发水平，它会将这一能量释放出来以回归基态。这一能量会以光子的形式（光能）被释放出来。发射出的光子具有特定的波长（颜色），这取决于释出光子时电子的能量。

任何生物都要耗费能量，很多没有生命的物品也是如此。能量消耗会产生热量。反过来，热能会促使物体中的原子发射出位于热红外线光谱中的光子。物体温度越高，释出的红外线光子的波长就越短。如果物体的温度非常高，它发出的光子甚至能进入可见光光谱，从红光开始，然后是橙光、黄光、蓝光，直至白光。

夜视仪中的热成像技术正是利用了这种红外线发射现象。下一节，我们将会探讨其中的原理。