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既然光子永存,为什么在封闭的室内一关灯,屋子就黑了? ...

2020-11-04| 发布者: yy250754mm| 查看: 1876

光子没有静止质量,从诞生的一刻起,便以光速在进行运动,而且只要光子不被吸收、不被阻挡,那么它将按照原有的方向一直传播下去。通过天文观测,我们可以看到几光年、几十光年,甚至是几百光年以外的天体,这些遥远 ...

既然光子永存,为什么在封闭的室内一关灯,屋子就黑了?

光子没有静止质量,从诞生的一刻起,便以光速在进行运动,而且只要光子不被吸收、不被阻挡,那么它将按照原有的方向一直传播下去。

通过天文观测,我们可以看到几光年、几十光年,甚至是几百光年以外的天体,这些遥远天体的光芒跨越漫长的时空进入我们的眼帘,向我们展示着这些天体几年前、几十年前,甚至是几百年前的样子。反过来也是一样,如果此时我们正站在一颗距地球2200光年以外的星球上观测地球,只要我们的观测设备足够先进,观测到的景象足够清晰,那么我们就可以亲眼看到始皇帝登基的情景,因为携带这些情景的光子经历了2200多年的时间跨越了广袤的宇宙空间进入了我们的眼帘。宇宙是几近真空的,所以没有任何物质可以阻挡和吸收光子,所以光子才能够完成长途跋涉之旅,直至宇宙的边缘。

既然光子永存,为什么在封闭的室内一关灯,屋子就黑了?


宇宙有边缘吗?也许有、也许没有,但无论有与没有,光子在宇宙中都是永存的,因为它永远无法撞上宇宙的边缘。

宇宙诞生于138亿年以前,而可视宇宙的半径为465亿光年,这个范围就被我们称之为可观测宇宙。而在可观测宇宙之外是我们永远无法看到的区域,因为在那个区域之外,宇宙膨胀的速度远超光速,所以光子永远无法追上空间膨胀的速度,来到我们的眼前。

可观测宇宙的半径虽然为465亿光年,但是在140多亿光年以外的地方,空间的膨胀速度就已经超越光速了,原因就在于天体发出的光子在向我们传播的同时,天体本身也在因宇宙空间的膨胀而远离我们,所以当我们看到一个天体的时候,这个天体实际的位置其实已经比我们所看到的位置离我们要远得多了,而我们要知道它们所处的真实位置也并不困难,只要通过光的多普勒效应,就可以计算而出。

既然光子永存,为什么在封闭的室内一关灯,屋子就黑了?


在140多亿光年以外,宇宙空间的膨胀速度就已经超越了光速,而在更远的位置上,膨胀速度就更是快得没边了,所以以光速运行的光子永远也不可能撞上宇宙的边缘,因此它们会在宇宙中永恒存在下去。

既然光子是永存的,那么理论上如果我们处于一个封闭的房间,当我们关上灯之后,光子应该不会消失,那么屋子为什么黑下来了呢?光子从诞生的一刻起,就在以光速运行,并且也只能以光速运行,所以关上灯之后,光子会在四周的墙壁上不断反射,不过反射的并不是全部,其中有很大一部分被墙壁所吸收了,随着反射次数的增加,被吸收的光子越来越多,直至全部消失,屋子也就漆黑一片了。

既然光子永存,为什么在封闭的室内一关灯,屋子就黑了?


如果我们用高反射率的镜面来建造房屋,关灯之后,屋子是否能够依旧灯火通明呢?

不能,因为在现实世界中没有反射率为100%的材料。在常见的材料之中,镜面银的反射率算是比较高的,总体反射率在95%左右。我们不使用镜面银,我们使用一种假想的高反射率材料来进行一个思想实验,假设我们有一种反射率99.9%的材料,我们用它建造一个边长为5米的房间,那么当我们关上灯的一刻会怎么样呢?仍然会漆黑一片。

虽然这种材料对于光的吸收率只有0.1%,但光的运动速度可是每秒30万公里,1秒钟光在屋子里反射的次数将会是一个天文数字,虽然每次反射只损失0.1%,但全部吸收掉也用不了0.001秒。

既然光子永存,为什么在封闭的室内一关灯,屋子就黑了?


现在,我们再来设想一种更为有趣的情况,就是假设世界上存在着一种反射率为100%的材料,我们用它建造一个房屋,关灯之后是否还能看到一片光亮呢?还是不会。

理论上这样的房屋中,光子的确是永存的,屋子内应该是永远光亮的,但问题在于,我们无法去验证这一点。屋子是否光亮,取决于屋中的光子是否能够进入我们的眼睛,因为只有光子进入了我们的眼睛,我们才能看到光亮,而光子一旦进入我们的眼睛,就被眼睛吸收了,瞬间屋子又会黑下来。而如果光子长了脑子,在屋子里反射来反射去,就是不进入我们的眼睛,那么我们看到的仍然是一片漆黑,因为屋子里虽然充满了光子,但没有光子进入眼睛,所以我们什么也看不到,这颇具荒诞主义色彩,身处于一间充满光明的房间,看到的却是一片黑暗。

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最新评论

引用 富帅小子 2020-11-4 16:07
镜子房的光问题,事实是一秒钟对人没什么,但对微观世界来说,是个很长的时间!可以肯定的是房间温度增加了
引用 肥肥人生 2020-11-4 16:06
说明光通过眼球进入了大脑,另一方面眼球里有多个光的贮藏空间,外部的光和贮藏空间里的光通过思维连接的快,另一个贮藏区为黑暗,通过思维反应速度则黑的部分外部与内部连接的快。
引用 林进军 2020-11-4 16:05
青天白日下,红紫外线亦肉眼不见,次超声波肉耳不闻,没啥奇怪滴
引用 林进军 2020-11-4 16:04
多久前的理论了,宇宙还是真空的?
引用 一只菇 2020-11-4 16:02
宇宙中所有的一切都是由能量构成。能量无止境地流动,一些形成大大小小的各种旋涡,大旋涡中包含小旋涡及更小的旋涡,最终到基本的旋涡单位,这就是光子。电子本身是一个能量旋涡,它内部仍然是由大大小小众多的能量旋涡组成,当它发生跳迁时,由于速度增加,必须释放部分旋涡才能使结构与速度匹配。释放出来的旋涡中,就包含了最小的旋涡单位——光子。反过来,当光线照射到物体上时,部分光子进入到了更大的电子的能量旋涡中,从而使电子结构增大速降低,达到一定的程度后,电子向原子核方向跳迁,这就是光为什么能被吸收的原因。

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