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對于光,我們把手電筒關(guān)掉之后,手電筒之前的光還在嗎?射到哪去了?

 明遠(yuǎn)小筑 2017-11-24

只是拿手電筒來舉個列子,因為它發(fā)出直線距離的光更容易理解,所有光源當(dāng)他們熄滅或者不存在了,他們之前發(fā)的光還會繼續(xù)向前走嗎?還是會跟他們一樣突然消失?

不管什么光都會一直傳輸下去,只是有些光強(qiáng)大,就傳得很遠(yuǎn);有些光很弱,傳不多遠(yuǎn)就難以識別。宇宙目前觀測到的最遠(yuǎn)發(fā)光體是138億光年,也就是說,那里的星光走了138億年,才被人們觀測到。光在真空中傳輸?shù)乃俣仁敲棵腌娂s30萬公里,一年走9.46萬億公里,走了138億年,你算算傳了多遠(yuǎn)距離?手電筒的光是散射的,傳不多遠(yuǎn)就看不到了,有幾個原因。一是空氣會對光發(fā)生衍射現(xiàn)象,二是人的祼眼看不了多遠(yuǎn)。如果在真空中,又借助足夠大的觀測儀器的話,理論上手電筒的光也會在很遠(yuǎn)的地方看到,但前提是途中不能被比手電筒更強(qiáng)的光線干擾。如果你關(guān)閉了手電筒的光,觀測者的距離有多少光距,就會延遲多久的光亮。比如觀測者距離手電筒光源1光分,手電筒關(guān)閉后,觀測者會延遲1分鐘才看到手電筒熄滅。前面反復(fù)提到的觀測者才是關(guān)鍵因素。這個宇宙的所有事物發(fā)生變化,都是因為有觀測者的存在,是觀測者觀測的記錄。如果沒有觀測者,一切皆為烏有。手電筒的光線也不例外,哈哈。

光從物質(zhì)的角度看,其實(shí)是大量的光子。從能量的角度看,卻是以波的形式存在的能量。那么當(dāng)我們關(guān)閉手電筒之后,會發(fā)生什么呢?沒有新的光子,沒有新的能量發(fā)出。但是之前射出的光子,依然以每秒30萬公里的速度前進(jìn),光的能量也繼續(xù)傳播到更遠(yuǎn)的地方。只不過,手電筒的光速不集中,所以光子就像散彈槍的子彈,越遠(yuǎn)越分散,看不清楚。而且遇到空氣中的阻攔,吸收衰竭,也就看不到了。從能量的角度看,光的能量在與空氣接觸的過程中被耗散。如果光線集中,光線的可視距離就會很遠(yuǎn)。比如我們看到很多街頭賣的激光筆,可以在夜空中看到射向很遠(yuǎn),遠(yuǎn)道眼睛看不到的距離。所以,光線是不會突然消失的。而是繼續(xù)往前傳播。就像我們看到的星星,其實(shí)都是很久以前,別的星球發(fā)出的光,通過遙遠(yuǎn)的宇宙,射進(jìn)我們地球。

我們關(guān)上手電筒之后瞬間世界就又回到黑暗,這一瞬間發(fā)生的事情,所以我們要問,到底是關(guān)了手電就沒了光,還是光跑的太快以至于你根本看不到?這要看怎么定義'消失',如果說以肉眼所能觀察的極限來說,當(dāng)關(guān)閉電源幾乎同時光也就消失了。但如果要從光的其他特性來考慮比如電磁波的特性,光會繼續(xù)傳遞,折射散射衰減轉(zhuǎn)化等等很難說光就這么消失了。光一秒鐘能跑三十萬公里,可以算一下關(guān)手電到光跑到你看不到的地方,總共才要多久?手電筒發(fā)出的光是在頻率上是連續(xù)的,也就是說有各種各樣的頻率,頻率間隔很小。然后其中的某種頻率的電磁波也不是不停的發(fā)射的,而是無規(guī)則的斷斷續(xù)續(xù)的,因為處在某個激發(fā)態(tài)的電子數(shù)量是有限的,向下躍遷的電子數(shù)也是有限的。舉個不是很嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募僭O(shè),B為高能級,A為低能級,B能級有10個電子,其中7個電子向A能級躍遷,發(fā)射頻率為v的電磁波,這段電磁波的能量為7個頻率為v的光子的能量和,很明顯這段電磁波是一個脈沖(只是相比較我們經(jīng)常聽到的脈沖激光,這種手電筒發(fā)射的脈沖的脈寬要長很多,而且無規(guī)則,不可控),過一段時間,有電子躍遷補(bǔ)充倒B能級,B能級再躍遷到A能級,再發(fā)射一個脈沖,如果能像連續(xù)激光器那樣形成動態(tài)的平衡(即B能級能及時得到補(bǔ)充),那脈沖的脈寬就會很長,就可以理解為連續(xù)發(fā)射頻率v的電磁波。

發(fā)射出去的電磁波會繼續(xù)一直傳播,直到與物質(zhì)相互作用被吸收。只要沒有東西阻擋,光離開光源之后肯定能繼續(xù)傳播,這些光子依然會以光速朝前運(yùn)動。如果關(guān)掉手電筒,后續(xù)沒有光子發(fā)出來,而之前發(fā)射出去的光子早已經(jīng)以光速遠(yuǎn)離我們而去,它們不會進(jìn)入我們的眼睛,所以我們什么也看不到,世界當(dāng)然會變回黑暗。不過,這里大家可能又會有疑問了,如果關(guān)掉手電筒導(dǎo)致黑暗是因為光子遠(yuǎn)離我們而去的緣故,那么,如果關(guān)掉房間里的電燈,為什么也會瞬間變暗呢?光子不都是在房間里,并沒有逃離嗎?和上面一樣,房間里的光子是逃不出房間的,但光子會被物體吸收、反射,最終這些光子的能量將會轉(zhuǎn)化為熱量,這個過程僅需百萬分之一秒的時間。如果電燈開著,光子源源不斷被釋放出來,我們可以持續(xù)看到物體。然而,當(dāng)電燈關(guān)掉時,在關(guān)燈之前一瞬間所發(fā)射出去的光子早已被物體吸收殆盡,所以房間也會隨之瞬間變暗。我們?nèi)庋鬯匆姷氖挛锲鋵?shí)是通過光所攜帶的信息,反饋到視網(wǎng)膜形成圖像返回給大腦。用手電筒照出去,所看到是事物,其實(shí)是手電筒發(fā)出的光碰到物體,然后經(jīng)過反射回來肉眼才能看到。也就是說手電筒發(fā)出那么多光,只有一部分反射回來的光才被我們看到,更多的光直接遠(yuǎn)離了我們的視線,這部分是我們永遠(yuǎn)也看不見的。所以關(guān)掉手電筒之后,在關(guān)閉前那一瞬間的光消失之后,我們就看不見東西了。

如果身處一個周圍都是鏡子的環(huán)境中,可能會遲一點(diǎn),最終還是會看不見,因為光在傳播以及反射時候被吸收、衰減。光的傳播也是一種粒子傳播,具有損耗和擴(kuò)散性,所以光的傳播跟電磁波傳播是一個道理,當(dāng)你打開收音機(jī)收聽廣播時,電臺正在播音,你就可以收聽到廣播的聲音,當(dāng)關(guān)掉電臺電磁波發(fā)射傳播,你是收不到的,因為沒有發(fā)射源;光的傳播也是一樣的,有源才能源源不斷的供給光波傳播,無源光波就成了無源之本了,由于空氣介質(zhì),環(huán)境等因素對光能量的損耗和吸收而無法傳播。

所以說當(dāng)打開手電筒點(diǎn)燃手電燈泡,發(fā)出光能量,照亮黑暗,當(dāng)關(guān)掉手電筒又回到黑暗中,那是沒有光能量的自然現(xiàn)象??梢姽獾谋举|(zhì)是一種電磁波,但同時又表現(xiàn)出粒子的特性,光的這種性質(zhì)被稱為波粒二象性。光波的載體是光子,這種粒子在真空中的傳播速度大約為30萬千米/秒,這是物體所能達(dá)到的最快速度。我們之所以會看到手電筒發(fā)出的亮光,是因為手電筒發(fā)出光子不斷進(jìn)入人的眼睛刺激視網(wǎng)膜,然后在大腦中成像??吹竭@里,你還可以關(guān)注我們最長名字的微信公眾號:‘非凡視野之看見看不見知道不知道’,了解探討更多你不知道的奧秘!

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