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一束光的旅程,当关闭手电筒时,光消失了吗?

信息来源:soovoo.cn   时间: 2021-02-23  浏览次数:16

  现实中很多东西都让我们无法停下思考,比如人类的真正起源是什么?浩瀚的宇宙中为何至今找不到外星人?光速是最快的速度吗?当我们关闭手电筒的时候,光跑哪里去了呢?

  夜空中消失的光线

  在日常生活中,晚上无论是你点上蜡烛还是开启电灯,只有持续打开光源才会照亮周围的事物,所以我有时候总是认为只要关闭光源以后,光线就会立即消失了。正如我们小时候做的实验,当晚上我们用手电筒照向夜空,会发射出一道白光,一旦关闭电源光立即消失。

  光线是消失还是继续传播?

  那么问题随之而来:”这道光线到底是自然消失了还是继续在空间中传播呢?如果消失又是以什么样的状态消失的”要分析明白这个问题,事实上只需要尝试以量子力学的基础知识来认证一下,其实看起来还是非常简单的。

  

  遇事不决,量子力学

  1、光是什么?

  关于光线是什么这个问题从2000年前的古希腊人到现代研究人员都一直努力寻找着最准确的答案。早在2500年前我国贤者墨子和他的学生就通过光学现象制作出世界上第一个”小孔成像“的实验了。他解释了小孔成像的原因,指出光具有直线传播的特点,这是历史上人类对光的奥秘最初的探索和解释。

  200年后西方国家欧几里得著写了《光学》一书,也墨子的结论相符,认为光线是直线传播的,而且利用非常简单的数学方式阐述了光的反射规律。但是欧几里得的理论存在一个错误——能看到天空中的星星,是因为眼睛发出的光速度极快,抵达星星后再次反射回到眼睛中。

  其实这是我们小时候经常犯过的常识性错误,眼睛本身并不会发光,更不会发射光线,能看到物体是因为光线传到眼睛的结果。当然在过去的年代欧几里得并不清楚物体发光的原因,但是能在那个时候提出超前的理论也是非常了不起的。

  人类最初对光的研究是总结光学方面的某些规律,以那个时候的科技认知,显然并没有深入研究明白光的本质问题了。

  

  2、光的本质

  2000年前的罗马人卢克莱修,他是德谟克利特原子的支持者,提出光是一种极小微粒的结论,这也是他最早提出关于光的本质微粒说学说的。随后皮埃尔伽桑狄、牛顿等人也认同并继承了微粒说,同时光的粒子说也是主流理论之一,两者持续经历了数百年的拉锯战。

  直到20世纪初科学家对光的本质才有了最科学的解释,现在我们了解到原子核外存在着电子,呈现能级分布规律,电子没连续性过程而是具有一种跳跃性行为,看起来非常违背常识,不过量子力学的魅力就在于此,很多时候都会颠覆我们的各种常识和思维方向。

  科学家们研究表明在电子不停地跃迁的过程中通常会伴随着能量的吸收和释放,这种微观的世界现象确实让人有些观以理解,不过这种能量便是光子。光子就是光量子,是能量的一种载体。在量子力学中提到光量子是不可以再分地,在日常生活中我们常常看到不同的光线,可以理解为电子跃迁释放的光子。而这种跃迁又分为受激辐射和自发辐射。我们在文中提到的手电筒光线就是受激辐射。

  我们要知道通常的情况下原子核外的电子,都在基态上不会有高能量变化跃迁行为的发生,但是当外部力量介入,基态上的电子就会吸收能量从而产生跃迁行为,继而释放出大量高能光子,这恰恰是手电筒发光的本质和原理。在白天的时间里当我们能看到物体也是因为基于受激辐射,万物皆原子,白天太阳光发出的光子抵达地球,物体原子核外的基态电子吸收阳光释放光子,而光子传导到人类眼睛。

  

  一束光的旅程

  按照以上理论那么文章开篇的问题就很好解释了,当晚上打开手电筒便会持续释放光子,如果光子射向墙壁会被墙壁核外电子释放,并释放光子,于是墙壁就被照亮了。如果光线直接射向夜空中,有一部分光子会被空气吸收,而大部分光子会射向宇宙之中,如果光子不遇到物质阻隔我们认为光线就会一直传播下去。

  光子是能量不会凭空消失,而是会被其他电子 吸引、释放,随着光子频率不断改变,手电筒射向宇宙中的光子有不同的命运,一是会撞上某些天体、宇宙尘埃等物质被吸收,这是通常发生的情况,另外也有可能会被宇宙中的黑洞引力捕获,便会永久束缚在黑洞之中了。如果光线幸运地避开了物质和黑洞,那么它便会一直在宇宙中前行了。

  关于一束光的旅程,当关闭手电筒时,光消失了吗这个问题,您还会有何种释放呢?感谢阅读!

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