管克英

北京交通大学理学院，数学系

Email：keying.guan@gmail.com

摘要：主流物理学普遍认为：“静力不做功”，“反光面比黑色面接受更大的光压”。笔者借助现代的人工智能技术，通过其掌握的主流理论对相关问题的解释与解答，揭示主流理论的内在矛盾，依此说明现代物理学必须承认主流对相关问题的理论是错误的。进而笔者对光帆的设计与制造提出一个更合理的建议。

一. 现代物理学主流高傲地忽略了静力也做功的重要事实

英文 Wikipedia （2024年10月6日最新版）在诠释词条 Physics 时 ，开门见山地指出，

Physics is the scientific study of matter, its fundamental constituents, its motion and behavior through space and time, and the related entities of energy and force.^[1] Physics is one of the most fundamental scientific disciplines.

即

物理学是研究物质、物质的基本成分、物质在空间和时间中的运动和行为以及能量和力的相关实体的科学。物理学是最基础的科学学科之一。

毫无疑问，迄今物理学的理论与应用已取得了辉煌的成果。

然而，作为一个多年从事数学，物理学与力学的教学与研究的笔者，根据积累的知识与研究，从2021年4月21日至今，通过在科学网的大约20篇博文指出：现代主流物理学，以 Maxwell-Bartoli 辐射压公式为代表的光压理论，及力学主流认为“静力不做功”的理论都是错误的。

读者查看一下不难发现，虽然这些博文的阅读者不算多，但其中有一些博文的阅读量达到3千多，甚至超过5千，而且也有一定数量的网友做了点赞。但给出具体评论的极少，只有两位网友，刘德力和谢立。特别是谢立先生的评论包含了他的深刻经验和理解，具体如下（引号内是他的原文）：

“注：作者也希望读者及科学网的有关专家将此文转送给国内外有影响的物理学家（包括那些相关教材与专著的作者），由他们判断和处理。他们一般无暇阅读科学网的博文。 --------------------------- 您老也是经历过wenge的人，这样将人分类，这也太“功利”了，敢情科学网的看客一定都不是“国内外有影响的物理学家”，因为他们有暇阅读科学网的博文。无论你们这一代是在国内还是国外，这奴性已经是胎记了，无论学问多大还是像燕大那样多民科 ”

必须指出，评论中没有任何人，特别是物理学方面的专家，公开指出论文中是否存在错误，倒是笔者自己发现并纠正了博文中的一些笔误或计算错误。

在某些讨论群中，类似于科学网也有相当多的朋友给与了鼓励。笔者还与一些物理学或力学学者进行过专门探讨，得到了一些学者的肯定。例如我的中国科学院研究生院同届同学，朱学渊（力学所，现定居美国），他即认可静力也做功的事实，并以他家里的一扇玻璃钢门在使用20年后突然爆碎为例，说明这就是应力长期做功的结果，还思考了力在张量形式时的相关问题。

自然，在讨论中也有些学者不同意笔者的观点，并与我发生了争论。特别一些学者认为（其中两人是以文字私下表达的，有些是在语音通话中，还有些是默认）：“如果这个研究正确，将对于世界数学界、物理界震动是极其巨大的，不仅仅是诺贝尔奖可以评价的，整个物理学需要重写”，并在没有仔细阅读、检验笔者论证的情况下，直接断言笔者的研究结论 “不可能正确”。还有一些相关学者不愿耐心阅读、研究笔者的论文，不愿研究相关的推导，更不愿在科学网上发布他们的具体意见。经验告诉我，这正是普遍存在(包括笔者自己）的人性弱点，必须面对。

其实对于科学界普遍存在，影响科技发展的这种人性弱点，很多学者早已在众多场合提出了批评，还提出防止、克服弱点的建议，不难发现在科学网博客上就存在大量这类批评与建议的文章。

那么，有没有办法，直接与正统理论的代表公开讨论，平静地然揭示出某些正统理论的错误呢？

笔者注意到，由于现在的人工智能的发展，ChatGPT 在回答物理学问题时，避开了人性的上述弱点，它既能耐心、认真、平等地（无歧视地）读懂提问者的问题，又能依据现代物理学的主流理论，既不高傲、也不虚伪、更不存在面子问题，而且几乎无遗漏地、有条理地、耐心细致地进行答复。这实在远胜过水平一般的“专家”。这是人类的幸运。

因此，笔者相信 ChatGPT 的答案必然会客观地揭示现代物理学忽略了静力也做功的事实，会揭示相关理论的内在矛盾。于是今年9月4日，笔者开始利用该软件提问相关的问题。

二. 首次问答实验

下面是这次与 ChatGPT 详细讨论静力是否做功问题时的首次连续问答记录：

笔者问：静力做功吗？

 ChatGPT 答复说：

静力不做功。 

在物理学中，功的定义是力在物体上移动的距离乘以力的方向上的位移。对于静力来说，虽然存在力，但如果物体没有发生位移，或者力的方向与位移垂直，那么做功为零。因此，静力不会做功。 

笔者继续问：人或动物在负重并保持重物不动时，人或动物是否对重物做功？

ChatGPT 答复说：

当人或动物负重并保持重物不动时，他们对重物不做功。 

在物理学中，做功的定义是力沿着物体运动的方向产生位移的过程。即使人或动物在负重时感到疲劳，他们只是施加了力，但因为重物没有发生位移（保持不动），所以根据物理学的定义，他们对重物没有做功。 

然而，从生物学角度来看，肌肉在持续用力时会消耗能量，产生热量，因此人或动物会感到疲劳。这种能量消耗与物理学中的功的概念不同。 

笔者又问：当使用水泥柱、钢柱或木柱支撑重物使其不动时，这些支撑柱对重物做功吗？

ChatGPT 说：

当使用水泥柱、钢柱或木柱支撑重物使其不动时，这些支撑柱对重物不做功。

理由：

做功的定义：在物理学中，功是指力在物体上移动的距离乘以力方向上的位移。如果物体没有位移，即使施加了力，也不会产生功。 

支撑柱的情况：水泥柱、钢柱或木柱施加的力是支撑力，作用方向是竖直向上的，目的是抵消重物的重量。因为重物保持静止状态，没有发生位移，所以尽管支撑柱施加了力，但由于没有位移，功为零。

 因此，在这种情况下，支撑柱对重物不做功。 

笔者进一步问：当使用水泥柱、钢柱或木柱支撑重物使其不动时，这些支撑柱的结构会有变化吗？

ChatGPT 说：

当使用水泥柱、钢柱或木柱支撑重物使其不动时，这些支撑柱的结构可能会发生一些变化，尽管这些变化可能是微小的或长期累积的。以下是几种可能的情况： 

1. 弹性变形

钢柱：钢柱具有一定的弹性，在支撑重物时，可能会发生微小的弹性变形（压缩）。这种变形通常非常小，在卸载后柱子会恢复到原来的形状。

木柱：木材也具有一定的弹性，在支撑重物时可能会稍微压缩，导致微小的变形。木材的弹性变形在小载荷下也是可逆的。

水泥柱：水泥柱的弹性较小，但在支撑重物时，也可能会发生极小的弹性压缩。

2. 长期蠕变

水泥柱：水泥和混凝土材料在长时间承受恒定载荷时，可能会发生“蠕变”现象，即随着时间的推移，柱子会逐渐变形。这种变形通常是非常缓慢且不可逆的。

钢柱：钢材在室温下通常不会发生明显的蠕变，除非在极高温度下，钢材才可能产生蠕变效应。

木柱：木材在长时间承受重力时，也可能会产生蠕变，特别是在潮湿环境下，木材的蠕变效应更为显著。

3. 材料的疲劳与老化

钢柱：如果柱子长时间承受重载，虽然静态不变，但可能会因微小的振动、温度变化等引起疲劳，导致微观结构上的变化。钢材本身也会随着时间发生老化，特别是在腐蚀环境中。

木柱：木材的结构可能随着时间的推移而发生变化，如由于环境湿度变化导致木材膨胀或收缩，或者由于虫蛀、腐烂等因素导致的结构劣化。

水泥柱：水泥柱可能会受到碳化、硫酸盐侵蚀等因素的影响，随着时间的推移，结构强度可能下降。

总结：

虽然这些支撑柱在短时间内可能只会发生微小的弹性变形，但在长时间负载和环境影响下，结构可能会逐渐发生变化。这些变化取决于材料的性质、承受的载荷大小以及所处的环境条件。

 笔者又问：当上述变化发生时，它们的内能会变化吗？

ChatGPT 说：

是的，当支撑柱（如水泥柱、钢柱或木柱）发生弹性变形、蠕变、疲劳或老化等变化时，它们的内能会发生变化。

1. 弹性变形

当支撑柱（如钢柱或木柱）发生弹性变形时，外力做的功被储存在材料内部，以应变能的形式存储。这意味着支撑柱的内能增加。这种能量储存在材料的内部结构中，通常表现为应力和应变的形式。

如果变形是可逆的（如在卸载后柱子恢复到原来的形状），内能会恢复到初始状态。然而，在加载过程中，柱子的内能确实会增加。

2. 蠕变

在蠕变过程中，材料在持续载荷下逐渐变形，这一过程中分子或晶格结构可能发生不可逆的变化。这些结构变化会引起内能的变化，通常表现为内能增加，因为材料的微观结构发生了更为永久的变形，导致分子间的相互作用能改变。

蠕变过程会伴随着能量的耗散，部分能量转化为热量，释放到外部环境中。

3. 材料疲劳与老化

材料疲劳过程中，微小的裂纹在材料内部逐渐积累，导致材料的内能改变。这些裂纹的形成和扩展消耗了能量，导致内能发生变化。

材料老化（如钢材的腐蚀、木材的腐烂或水泥的碳化）也会导致材料内能变化。老化过程涉及化学反应、分子结构的变化等，这些都伴随着内能的变化。

4. 温度变化

在支撑重物时，如果材料的温度发生变化（例如由于环境温度变化或由于材料内部能量的耗散），材料的热内能也会发生变化。温度升高会导致内能增加，温度降低会导致内能减少。

总结：

支撑柱在承受重物时的变形、蠕变、疲劳或老化等过程，都会导致它们的内能发生变化。这些内能的变化可以表现为储存的应变能、释放的热量、以及由微观结构变化引起的能量重组。

 笔者又特别问：被支撑物也会发生结构变化吗？

ChatGPT 说：

被支撑物在某些情况下也可能会发生结构变化，具体取决于它的材料性质、承受的应力以及环境条件。以下是几种可能的结构变化： 

1. 弹性变形

弹性材料：如果被支撑物是具有弹性的材料（如金属、塑料等），在受到支撑力时可能会发生弹性变形。这个变形通常是微小的且可逆的，当支撑力移除时，被支撑物可以恢复到原来的形状。

2. 蠕变

长时间负载：如果被支撑物长期处于负载状态，尤其是像混凝土、塑料等材料，可能会出现蠕变现象，即随着时间的推移逐渐发生不可逆的变形。这种变化可能非常缓慢，但会影响被支撑物的结构稳定性。

3. 疲劳

重复载荷：如果被支撑物经历重复的载荷（如振动、温度变化引起的膨胀和收缩），材料可能会出现疲劳现象，导致微观裂纹的形成和扩展。这种情况在金属材料中较为常见。

4. 温度变化

热胀冷缩：被支撑物在温度变化时可能会发生热胀冷缩的现象，这会引起材料的结构变化。例如，金属材料在温度升高时会膨胀，而在温度降低时会收缩。这种现象在温差较大的环境中较为明显。

5. 材料老化

环境影响：被支撑物的材料可能会由于环境因素发生老化，如金属的腐蚀、木材的腐烂、塑料的老化等。这些老化过程会导致材料的结构强度下降，甚至引发破坏性变化。

6. 化学变化

化学反应：某些材料在特定环境下可能会发生化学反应，导致结构变化。例如，混凝土可能会受到硫酸盐侵蚀，导致结构强度下降。

总结：

被支撑物在承受支撑力时可能会发生多种结构变化，包括弹性变形、蠕变、疲劳、温度引起的变化、材料老化以及化学反应。这些变化取决于被支撑物的材料性质、承受的载荷条件以及周围的环境。

上面红颜色的文字（红颜色是笔者特意加上的）叙述明显有利于笔者, ChatGPT 被逼问实际上承认了“静力也做功”的事实，与其之前论证的“静力不做功”正统理论矛盾。

三. 第二次实验

有趣的是，今年的诺贝尔物理学奖奖给了 AI 科学家。受此鼓舞，笔者再次使用了最新版本的 ChatGPT (为此笔者交了升级费，每月20美元)，10月10号，与其讨论了太阳帆与光压问题。具体结果如下：

笔者问：什么是“太阳帆”？

ChatGPT 说：

太阳帆是一种利用太阳光压来推动航天器的太空推进技术。太阳帆的工作原理类似于帆船通过风力推动在海上航行，但在太阳帆的情况下，推动航天器前进的不是风，而是来自太阳的光子。

太阳帆的工作原理：

太阳光虽然没有质量，但光子携带动量。当光子撞击到太阳帆表面时，它们的动量被改变（反射或吸收），并将这部分动量传递给帆，产生光压。尽管这种光压非常微小，但在无空气阻力的太空环境中，持续的光压积累可以逐渐加速航天器，使其达到相当高的速度。

太阳帆的特点：

1. 没有燃料需求：太阳帆的推进不依赖化学燃料或常规的推进器，完全由太阳光提供动量源。这使得太阳帆在理论上可以持续推进，不受燃料耗尽的限制。

2. 持续加速：由于太阳光不断照射，太阳帆可以长时间保持加速，尽管推力非常小，但随着时间推移可以达到相当高的速度。

3. 薄而轻：太阳帆通常由超轻薄且高度反射的材料制成（如聚酯薄膜、金属化薄膜等），以便最大化利用光子的反射动量。

4. 适合深空任务：太阳帆特别适合需要长时间运行的深空任务，因为它不需要燃料储备，并且可以持续使用太阳光推进航天器。

实际应用：

• IKAROS：2010年，日本航天局（JAXA）成功发射了名为IKAROS的航天器，它是第一个使用太阳帆技术进行太空飞行的航天器。

• Lightsail      2：美国行星协会于2019年发射的Lightsail      2成功演示了太阳帆技术，并在地球轨道上飞行了一段时间。

太阳帆的挑战：

• 推力微小：太阳帆产生的推力非常小，因此加速过程需要很长时间才能达到高速度。

• 控制与导航：太阳帆的控制和导航较为复杂，因为它需要通过改变帆的角度来调整方向，而光压的变化（如远离太阳或受到其他天体遮挡）也会影响推力的效率。

总结：

太阳帆是一种具有巨大潜力的航天推进技术，利用太阳光的动量推动航天器前进，适合深空任务，能够实现长期、持续的飞行而无需燃料。

笔者问：为了使太阳帆获取更大的光的推力，帆的向阳面材料应该是强反光的，还是不反光的？

ChatGPT 说：

为了使太阳帆获取更大的光的推力，帆的向阳面材料应该是强反光的。这是因为光的反射会导致更大的动量变化，从而产生更大的光压和推力。

原理解释：

1. 动量传递：当光子撞击到太阳帆表面时，它们会传递动量。如果太阳帆的材料是强反光的，光子被反射回去，而反射过程中光子的动量改变得最多。根据动量守恒，太阳帆会得到一个相应的反作用力，推动航天器前进。

2. 反射 vs      吸收：

• 强反光材料：当光子被反射时，动量变化为光子的两倍（初始动量和反射后动量相反）。这意味着每个光子传递给太阳帆的动量更大，因此推力也更大。

• 不反光材料：如果太阳帆的材料是吸收光的，光子在撞击帆时会被吸收，动量只会发生一次变化（初始动量传递给帆）。相对而言，吸收产生的推力比反射要小。

结论：

为了获取更大的光的推力，太阳帆的向阳面材料应尽可能强反光。使用反射性强的材料（如金属化薄膜）能够使太阳帆更有效地利用光压推动航天器，提升推进效率。

笔者问：强反光材料与不反光材料相比，哪种材料收到的光能更大？

ChatGPT 说：

在比较强反光材料与不反光材料时，不反光材料（即吸收光的材料）接收到的光能更大。原因是反光材料将大部分入射光反射出去，而不反光材料会吸收光的能量并将其转化为其他形式的能量（如热能）。

区别解释：

1. 强反光材料：

• 反射光能：强反光材料将大部分入射光反射出去，因此只吸收很少的光能。反射的光能量不会被材料保留，绝大部分被“弹回”。

• 吸收的能量：由于主要是反射，强反光材料吸收的光能非常少。

2. 不反光材料：

• 吸收光能：不反光材料会吸收大部分入射的光，将其能量转化为内部的热能或其他形式的能量。因此不反光材料能够从光中获得更多的能量。

• 少量反射：不反光材料只反射很少的光，大部分能量被吸收。

总结：

• 强反光材料：获得的光能较少，因为大部分光被反射。

• 不反光材料：获得的光能较多，因为大部分光被吸收。

因此，在光能吸收方面，不反光材料接收到的光能大于强反光材料。不过，在太阳帆的设计中，为了获得更大的光压和推力，反光材料是更优的选择，因为推力取决于动量变化，而不是吸收的光能。

笔者问：为什么当阳光照射到 Crooks 辐射计的一对对称叶片时，其中一片的向阳面是不反光的，另一片的向阳面是强反光的，结果是不反光的一面更容易被阳光推动？

ChatGPT 说：

Crookes辐射计（也叫光压计）是一种装置，通常由几片安装在转轴上的叶片组成，每片叶片的一面是黑色的（不反光），另一面是银色的（强反光）。当阳光照射到这些叶片时，叶片会开始旋转，且通常是黑色不反光的一面更容易被推动，使得黑色的一面退后，而银色反光的一面朝向光源。

这个现象背后的原因不是简单的光压作用，而主要是由于热效应，具体是光热效应和气体分子运动导致的：

1. 热效应（光热效应）：

• 黑色不反光的一面吸收更多的光能，因此温度上升得更快。

• 银色反光的一面反射大部分光，吸收的光能较少，所以升温较慢。

黑色面吸收光能并转化为热能后，局部气体的温度也会升高。

2. 气体分子运动（热气体膨胀效应）：

• 辐射计内部通常存在少量气体。当黑色的一面被加热时，周围气体分子因吸收热能而获得更多的动能，变得更活跃并撞击叶片表面。

• 这些高能气体分子的撞击产生的作用力比反光面上的气体分子要大，推力也更强。因此，黑色吸热的一面受到的气体分子反冲力更大，使得黑色面退后，推动叶片旋转。

3. 光压的贡献：

• 虽然光压理论上可以推动叶片旋转，但实际影响非常小，主要作用的是由热效应引起的气体分子运动。对于Crookes辐射计来说，光压本身并不足以解释叶片的旋转现象，因为在真空环境中（即没有气体的环境），辐射计几乎不会旋转。

结论：

黑色不反光的一面吸收了更多的光能，导致其温度升高并加热周围的气体分子，这些气体分子的高能量撞击黑色面，从而产生更大的反冲力。结果是不反光的一面（黑色）更容易被推动，导致辐射计旋转。

如果你将Crookes辐射计放入近乎真空的环境中，光压的影响才能变得显著，但在常规气体环境下，热效应是主要原因。

笔者追问：在强光照射下辐射计真的不会旋转吗？

ChatGPT 说：

在强光照射下，Crookes辐射计确实会旋转，但其旋转的主要原因并不是光压，而是由于热效应引起的气体分子运动。辐射计并不会在真空环境下因光压而显著旋转。下面是详细的解释：

1. 正常气压下的旋转：

在常规的空气或稀薄气体环境中，Crookes辐射计确实会旋转。其旋转的主要机制是由于以下两方面：

• 黑色不反光的一面吸收光能，温度升高并加热周围的气体。

• 银色强反光的一面反射光能，温度升高较少。

由于黑色面吸热更多，气体分子在黑色面附近受热膨胀，气体分子以更高的动能撞击黑色面，产生较大的反作用力。这种力推动辐射计的黑色面后退，从而导致辐射计旋转。

2. 真空中的表现：

当辐射计处于接近完全真空的环境中时，气体分子几乎不存在，热效应无法通过气体分子的运动来推动叶片旋转。此时，辐射计的旋转就变得非常缓慢，几乎不旋转。

在接近真空的环境中，光压（光子反射产生的动量转移）是理论上存在的，但它产生的推力极其微弱，通常不足以驱动辐射计的显著旋转。因此，在接近真空环境下，辐射计的旋转几乎停止。

3. 高强度光源下的表现：

在强光源（如激光、强烈的太阳光照射等）下，辐射计仍然会旋转。强光源带来的光能量更高，黑色面吸收的热量更多，从而加剧了热效应。在气体环境中，气体分子运动加剧，导致旋转加快。然而，这种旋转仍然主要是由于热效应，而不是光压。

4. 光压的影响：

光压，即光子携带的动量推动物体前进的作用力，虽然在理论上存在，但其效应非常小，尤其是在地面条件下。这种压力在太空中没有空气阻力的情况下可能显现出来（例如太阳帆推进器利用的就是光压），但对于Crookes辐射计来说，光压的作用相对于热效应是非常微弱的。

总结：

• 正常气压下，辐射计会因热效应（气体分子撞击叶片）旋转，尤其在强光下旋转得更快。

• 真空环境下，由于缺乏气体分子，辐射计几乎不会旋转，光压的影响微乎其微，无法产生显著旋转。

笔者问：有什么理论证明光压不会产生热效应？

ChatGPT 说：

光压本身不会产生热效应，这一点可以通过光压的物理本质与热效应的机制来解释。这是基于两者的不同原理和作用方式：

1. 光压的本质：动量传递

• 光压是由光子的动量传递引起的。当光子（没有静止质量但具有动量）撞击物体时，会发生动量交换，导致物体受到推力。这种推力在太空等无空气的环境中可以表现为一种微小的加速作用。

• 关键是，光压是动量的效应，不是能量转化的热效应。光子撞击物体时，要么被反射，要么被吸收，反射的光子将动量传递给物体，产生推力，而动量改变并不会直接引发热效应。

2. 热效应的本质：能量吸收和分子运动

• 热效应是由于物体吸收光的能量，并将其转化为内部能量（通常是热能），导致温度升高。

• 当物体吸收光子时，光子的能量会被物体的原子或分子吸收，转化为这些微粒的动能或振动能，表现为热量的增加。这通常发生在不反光或暗色材料上，它们吸收光的能力更强。

热效应发生的核心是能量的转化，而不是动量的转化。因此，即使光压产生了推力，它并不意味着能量被吸收并转化为热能。

3. 光压不会产生热效应的理论依据：

1. 光压与热效应的独立性

根据电磁波和光子的性质，光压只与光子的动量有关，而热效应与光子的能量有关。这两者的效应是独立的：

• 反射光压：当光子被镜面反射时，几乎没有能量被吸收，因此不会产生热效应，但会有动量的转移，产生光压推力。

• 吸收光压：当光子被物体吸收时，光子的能量部分被物体转化为热能，同时也有一部分动量转移到物体上。但这时产生的推力和热效应仍然是两个独立的现象，光压只与动量转移有关，不直接引发热效应。

2. 光压公式与热效应的区别

• 光压：计算光压的公式是基于电磁辐射的动量传递，而与光子的能量无关。对于完美反射的表面，光压 P 可以表示为：

       (笔者注：此公式是 Maxwell-Bartoli 辐射压公式的特殊形式）

​

其中 I 是光的强度，c 是光速。这里反映的是动量的变化，不涉及热能。

• 热效应：热效应的发生取决于光的能量吸收，通常用公式 E =hν表示光子的能量（其中 h 是普朗克常数，ν 是光的频率）。当光子被吸收时，能量转化为物体内部的热能，而与动量无关。

3. 实验支持：

• 在高反射材料上（如太阳帆或镜面上），尽管会有光压产生推力，但材料的温度不会显著升高，因为大部分光子被反射出去，能量没有被吸收。

• 类似地，黑色不反光的材料吸收大量光能，导致显著的热效应，但这主要是由于能量的吸收，推力主要来源于光子的动量转移而不是热效应。

总结：

光压与热效应的物理机制不同，光压是由光子的动量传递引起的推力，而热效应是由光子的能量吸收导致的温度升高。因此，光压不会产生热效应，这一点是通过电磁辐射动量与能量的独立性和实验观测所证实的。

笔者问：强热能会不会产生强烈热辐射？

ChatGPT 说：

强热能确实会产生强烈的热辐射。热辐射是任何温度高于绝对零度的物体都会以电磁波的形式向外发射能量的现象，而随着物体温度的升高，热辐射的强度和频率都会显著增加。

热辐射的机制：

1. 黑体辐射定律： 热辐射可以用黑体辐射定律来描述。黑体是理想化的物体，能够完全吸收所有入射光，并且会根据自身的温度向外辐射电磁波。根据普朗克辐射定律，黑体在各个频率上辐射的能量取决于它的温度。

2. 温度与辐射强度的关系：

• 斯特藩-玻尔兹曼定律：描述了物体辐射总能量与其表面温度的关系。根据该定律，物体每单位表面积的总辐射功率  P 与其绝对温度 T 的四次方成正比：

                                                  

  其中  σ  是斯特藩-玻尔兹曼常数。这意味着，温度越高，物体辐射的能量越大。因此，当物体具有强烈的热能时，它会以极高的强度发射热辐射。

3. 温度与辐射波长的关系：

• 维恩位移定律：该定律指出，物体辐射的峰值波长 λmax 与温度 T 成反比：

                  

  其中  b 是常数。随着物体温度的增加，峰值波长向短波方向移动（例如，从红外辐射移动到可见光甚至紫外线）。

热辐射的表现形式：

• 低温物体：主要发射红外线，人的肉眼无法看到。例如，地球、大气和我们周围的物体常温下主要发出红外辐射。

• 中温物体：如果温度增加到几千摄氏度（如白炽灯的灯丝或熔融金属），物体会发射可见光，我们可以看到其发红光或白光。

• 高温物体：如果温度进一步升高到上万度，物体将发射紫外线甚至X射线。这种情况下，热辐射的能量和强度都非常强烈。

强热能的例子：

• 太阳：太阳表面温度约为5700K，它的热辐射很强，以可见光为主，同时发射少量的紫外线和红外线。

• 熔炉或熔融金属：高温下，物体辐射的能量非常大，可以看到其表面发出明亮的光。

• 高温等离子体：如电焊或核反应中，物质温度非常高，发射出大量的紫外线和X射线等高能辐射。

总结：

当物体具有强烈的热能时，它会以更强的强度发射热辐射，且随着温度升高，辐射的峰值波长也会从红外线向可见光、紫外线甚至更高能的X射线方向移动。因此，强热能确实会伴随着强烈的热辐射。

笔者问：辐射计黑色面的强烈热辐射会不会给黑色面造成推力？

ChatGPT 说：

辐射计的黑色面的强烈热辐射不会直接给黑色面本身造成推力。虽然黑色面在强光照射下会吸收大量热能并发出红外线等热辐射，但这种热辐射不会产生推动自身的力。以下是具体原因和相关解释：

1. 热辐射的本质：

热辐射是物体表面由于温度升高而以电磁波形式向外发射能量的过程。黑色面在吸收光能时，会发射红外线等热辐射。这种辐射是能量以电磁波的形式从物体向外散发的过程。

• 动量守恒：虽然热辐射的确涉及到能量的发射，但从黑色面发出的辐射是各向均匀的，也就是说，热辐射向四面八方均匀发射。根据动量守恒原理，黑色面向各个方向辐射动量，整体的净动量变化为零，因此不会产生推力作用。

2. 黑体辐射和动量转移：

任何辐射都会携带动量，黑体辐射的光子也有动量。根据动量守恒定律，当黑色面辐射光子时，理论上黑色面会受到反作用力。不过，辐射是各向均匀的，在没有特别的方向性时，所有方向的辐射动量相互抵消，净推力为零。

• 如果辐射具有明确的方向性（例如激光束或集中在一个方向的辐射），那么辐射的物体才会产生推力。然而，在辐射计中，黑色面的热辐射是向四周均匀散发的，因此不会有方向性的净推力。

3. 辐射压的作用较小：

即使黑色面发出的辐射有一定的动量，产生的推力也极其微弱，远小于光压或气体分子运动带来的力。辐射计旋转主要是由于光热效应：黑色面吸收了更多的光能，导致温度升高，周围气体分子获得动能并对黑色面产生推力。这种推力远大于热辐射可能带来的任何微小动量反作用。

4. 实验验证：

在实验中，如果把Crookes辐射计放在接近真空的环境中（没有空气的情况下），由于没有气体分子运动的贡献，辐射计几乎不会旋转。这说明热效应和气体分子的作用是主要的推动力来源，而热辐射的动量并不显著。

总结：

虽然黑色面吸收光能并通过热辐射发出能量，这种辐射本身携带动量，但由于辐射是各向均匀发射的，不会给黑色面产生显著的推力。辐射计的旋转主要是由于光热效应导致的周围气体分子运动，而不是热辐射动量的作用。

笔者逼问：在同样温度下，强反射面与黑色面相比，哪种热辐射更强？

ChatGPT 说：

在相同温度下，黑色面的热辐射强度要远远大于强反射面（如银色或镜面）。这与材料的吸收和辐射能力（即辐射率）密切相关。

1. 辐射率的差异：

• 黑色面通常接近于理想的黑体，它能够吸收几乎所有入射的光能（辐射率接近 1）。根据基尔霍夫定律，吸收辐射的能力越强的物体，其辐射能力也越强。因此，黑色面在相同温度下会发射出更多的热辐射。

• 强反射面（如银色或镜面），因为反射大部分入射光，其吸收辐射的能力很弱（辐射率接近 0），所以其热辐射能力也非常弱。这类表面几乎不吸收外界光，也不会有效地将自身的热能辐射出去。

2. 基尔霍夫定律：

基尔霍夫辐射定律指出：在热平衡条件下，物体的吸收率与辐射率是相等的。也就是说，一个物体吸收热辐射的能力越强，发射热辐射的能力也越强，反之亦然。因此：

• 黑色面由于吸收了更多的入射光，在相同温度下，它会以更强的强度发射热辐射。

• 反射面由于反射了大部分入射光，吸收的能量较少，因此它在同一温度下的热辐射也较弱。

3. 实验验证：

实验中，黑色表面（如哑光黑漆或碳黑）在相同温度下的热辐射强度明显高于反光表面。强反光表面（如金属箔或镜面）的热辐射非常微弱，即使加热到相同温度，它的表面在红外图像下几乎看不出热辐射。

4. 热辐射的公式：

热辐射的强度可以用斯特藩-玻尔兹曼定律来表示：

其中：

• P 是辐射功率，

• ϵ 是辐射率（取值范围 0 到 1），

• σ 是斯特藩-玻尔兹曼常数，

• T 是绝对温度。

在相同温度 T 下，黑色面的辐射率 ϵ 接近 1，而强反射面的辐射率 ϵ 接近 0。因此黑色面发出的热辐射功率远远大于反射面。

结论：

在相同温度下，黑色面由于具有高辐射率，会发出更强烈的热辐射。而强反射面由于大部分能量被反射出去，吸收和辐射的能量都很少，因此它的热辐射强度较弱。

以上用红色文字表示的 ChatGPT 解答，说明了：

1）黑色面比反光面吸收的能量多，特别是热能多，而且黑色面的热辐射比反光面强得多，因此热辐射对黑色面的压力也更大。

2)  Crookes 辐射计在光照下，黑色面更容易被辐射推动，即使是在辐射计内的真空度极高时，在强光下也会朝着黑色面方向动。虽然 ChatGPT 没有给出强光照射的实例，但是笔者用强激光照射做的实验证明了这个结论。

顺便提示一下，用激光束的照射实验，实际上排除了辐射计内残存气体的作用，因为激光的作用是瞬时的，它不可能立即引起气体产生影响辐射计叶片转动的气流。

3) 在解释黑体与反射体的辐射压时，ChatGPT 说 “然而，在辐射计中，黑色面的热辐射是向四周均匀散发的，因此不会有方向性的净推力。”，此时它忘记了 Crookes 辐射计的每片叶面的两面恰好是一面是黑色面，一面是反射面。

迄今，没有人用黑色向阳面的太阳帆与反光向阳面的太阳帆做过对比试验。

以上事实揭示了 “反光面比黑色面接受更大光压” 的理论是错误的。

趣味的是，虽然 ChatGPT 忠实地代表了现代物理学的正统理论，但是它不能发现上述讨论中的内在矛盾，更不能主动提出办法解决矛盾。这个事实反映了目前的人工智能的智慧还存在重大缺欠。笔者怀疑这个缺欠是否能被根本解决。

四. 根据 ChatGPT 揭示的矛盾提出改进光帆设计的建议

根据上述 ChatGPT 揭示的矛盾，结合笔者之前在博文中的相关理论（包含 Einstein 在其第一篇相对论论文中关于光对反射镜面形成光压的解释）， 笔者对用太阳光压力将光帆推出太阳系的已有设计提出改进建议如下：

维基百科关于光帆的词条（2024年9月30日）中给出了一个太阳帆的构想图

图 1

根据正统理论，维基百科指出：太阳光帆的朝阳面应该由强反光物质构成（理由是光压可倍增）。除了对帆的牢固性外，理论对光帆的背面没有提出要求。

笔者的建议则是；光帆的朝阳面应该使用轻质的近乎完全黑体的材料构成，其背面则要用强反光、质轻、强度高的材料（为保证帆不直接吸收太阳的辐射能，并保证帆结构的耐久性）；太阳帆的形状应如图 1 所示，朝向太阳的黑色面应凹向太阳，这样，该面吸收的太阳光能量的效率不仅高，而且由于背面是强反光材料，太阳帆的热辐射必然主要指向太阳，因此热辐射的反作用力加强了对光帆的推力。

希望相关的研究部门分别用正统理论的建议和笔者的建议，做不同太阳帆的对比实验，检验哪种理论是正确的。