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關(guān)于光,我們把手電筒關(guān)掉之后,手電筒之前的光還在嗎?

 聽(tīng)濤小主 2017-11-25

可以肯定的一點(diǎn)就是以前的光還會(huì)繼續(xù)向前走。

為什么?

首先了解一下光的基本性質(zhì)。光是直線傳播的,但當(dāng)光遇到另一介質(zhì)(均勻介質(zhì))時(shí)方向會(huì)發(fā)生改變,改變后依然緣直線傳播。而在非均勻介質(zhì)中,光一般是按曲線傳播的。光是沿前后左右上下各個(gè)方向傳播的(偏振光),光的亮度越亮,越不明顯看出,當(dāng)光亮度較暗時(shí),由發(fā)光體到照明參照物的光會(huì)擴(kuò)大,距離越遠(yuǎn),擴(kuò)散的越大。光既有粒子的性質(zhì),也有波的性質(zhì),因而光有波粒二象性。

然后就是光能量,光是能量的一種傳播方式,光源所以發(fā)出光,是因?yàn)楣庠粗性拥倪\(yùn)動(dòng)有三種方式:熱運(yùn)動(dòng),躍遷輻射,受激輻射,前者為生活中最常見(jiàn)的。所以通常手電筒等這些弱光源發(fā)出光后,因?yàn)槟芰刻?,?huì)被迅速的被自然環(huán)境吸收散射。

我們看不見(jiàn)發(fā)出的光的原因是很多的。

一是從觀測(cè)者角度來(lái)說(shuō):人通過(guò)肉眼來(lái)感測(cè)光,肉眼本就收到了許多的限制,只能能看見(jiàn)一小段頻率的電磁波(可見(jiàn)光),而且人眼接收處理圖像的幀數(shù)太慢,就好比告訴攝像機(jī)能拍攝到快速運(yùn)動(dòng)的子彈,而人眼什么也看不到。因而人一眨眼光就跑到不知道那個(gè)地方去了。其次是觀測(cè)角度與位置,如果自己拿手電筒自己看,那基本上就是光與開(kāi)關(guān)同時(shí)消失或者出現(xiàn),還是前面的那個(gè)原因(光速太快,肉眼有限)。如果我們站的地方足夠遠(yuǎn),光要在幾秒后到達(dá),也許眼睛還能看到一絲閃光就沒(méi)了。

二是從光源來(lái)說(shuō),我們用的功率都太低了,光在自然環(huán)境中會(huì)被迅速消耗能量,以輻射的方式被物體或者大氣吸收,使他們溫度升高,這也是微波爐的原理。

這個(gè)問(wèn)題可以簡(jiǎn)單的換算成就是,如果太陽(yáng)熄滅,那么我們地球會(huì)迅速變黑嗎?答案肯定也是否定的,我們處于太陽(yáng)8光分的位置,處于太陽(yáng)光照射的“將來(lái)光錐”中,因而也要8分鐘后才能受太陽(yáng)熄滅這個(gè)事件的影響。

現(xiàn)在我們來(lái)理解什么是“將來(lái)光錐”?

如果有一個(gè)光脈沖從一特定的空間的點(diǎn)在 一特定的時(shí)刻發(fā)出,在時(shí)間的進(jìn)程中,它就會(huì)以光球面的形式發(fā)散開(kāi)來(lái),而光球面的形狀和大小與源的速度無(wú)關(guān)。在百萬(wàn)分之一秒后,光就散開(kāi)成一個(gè)半徑為300米的球面;百萬(wàn)分之二秒后,半徑變成600米;等等。

這正如同將一塊石頭扔到池塘里,水表面的漣漪向四周散開(kāi)一樣,漣漪以圓周 的形式散開(kāi)并越變?cè)酱?。如果將三維模型設(shè)想為包括二維的池塘水面和一維時(shí)間,這些擴(kuò)大的水波的圓圈就畫(huà)出一個(gè)圓錐,其頂點(diǎn)即為石頭擊到水面的地方和時(shí)間(圖2.3)。

從一個(gè)事件散開(kāi)的光在四維的空間-時(shí)間里形成了一個(gè)三維的圓錐,這個(gè)圓錐稱為事件的未來(lái)光錐。以同樣的方法可以畫(huà)出另一個(gè)稱之為過(guò)去光錐的圓錐,它表示所有可以用一光脈沖傳播到該事件的事件的集合


一個(gè)事件P的過(guò)去和將來(lái)光錐將空間-時(shí)間分成三個(gè)區(qū)域, 這事件的絕對(duì)將來(lái)是P的將來(lái)光錐的內(nèi)部區(qū)域,這是所有可能被發(fā)生在P的事件影響的事件的集合。從P出發(fā)的信號(hào)不能傳到P光錐之外的事件去,因?yàn)闆](méi)有東西比 光走得更快,所以它們不會(huì)被P發(fā)生的事情所影響。過(guò)去光錐內(nèi)部區(qū)域的點(diǎn)是P的絕對(duì)過(guò)去,它是所有這樣的事件的集合,從該事件發(fā)出的以等于或低于光速的速度 傳播的信號(hào)可到達(dá)P。所以,這是可能影響事件P的所有事件的集合。如果人們知道過(guò)去某一特定時(shí)刻在事件P的過(guò)去光錐內(nèi)發(fā)生的一切,即能 預(yù)言在P將會(huì)發(fā)生什么。空間-時(shí)間的其余部分即是除P的將來(lái)和過(guò)去光錐之外的所有事件的集合。這一部分的事件既不受P的影響,也不能影響P。所以假定太 陽(yáng)就在此刻停止發(fā)光,它不會(huì)對(duì)此刻的地球發(fā)生影響,因?yàn)榈厍虻拇丝淌窃谔?yáng)熄滅這一事件的光錐之外(也就是處于將來(lái)光錐中)

我們只能在8分鐘之后才知道這一事件,這是光從太陽(yáng)到達(dá)我們所花的時(shí)間。只有到那時(shí)候,地球上的事件才在太陽(yáng)熄滅這一事件的將來(lái)光錐之內(nèi)。

如果還不能理解,還有一個(gè)更簡(jiǎn)單的方法來(lái)驗(yàn)證,就是光的傳播速度是由介質(zhì)相關(guān)的。光在特殊的介質(zhì)下只能跑每秒幾米的速度,人靠跑步都能追上光。這時(shí)候用一束激光照射這個(gè)介質(zhì),然后在關(guān)閉光源,這樣就能看見(jiàn)激光在介質(zhì)中是以一段光束的形式在跑,很美妙的。

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