燈滅之後,光去了哪?
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關燈後,燈光到哪裡去了??www.zhihu.com以前從來沒有想過這個問題,在看到這個問題之後才發現生活當中真是無處不是物理知識。這個問題和我的研究的領域正好相關,所以我試著來回答一下這個問題,可能水平不夠,回答的不好的地方還希望大家理解。這個問題其實是物理學當中非常重要的一個問題,也和2012年物理學諾貝爾獎有關。
室內的光子在開關被關掉的一瞬間其實就已經被吸收了。
1、空氣當中有很多的氣體分子,微粒都會對光有吸收和散射的作用。
2、鏡子本身對光也有吸收作用,世界上沒有任何一塊鏡子可以100%反射所有的光。
3、由於用的是電燈,電燈的燈光的不是單色光,是混合了很多波長的光。而對於覆蓋範圍波長很廣的複合光,要找到一塊好的鏡子來反射光就更難了。
4、而且要在一個房間裡面鋪那麼大的鏡子還要求鏡子反射率很高的話就難上加難。
5、普通的攝像頭反應太慢,看不到燈光慢慢消失的過程。
那麼我們假設鏡子反射率R是80%,空氣不吸收光。房間長寬高各為3米,光速近似為3x10^8m/s。那麼大約要多久會有70%的光子被吸收呢?下面是近似的計算。
R^(3*10^8*t/3)=30%
我們得到時間t 約為 54 ns. 這麼短的時間,人眼睛根本就無法發現。而且題主說的是一般的攝像頭,也根本看不到這個現象。以上的原因也就造成了題主所說的現象。
然而如何讓光關了之後,還能讓光再「亮」一會,科學家在這個方面做出了很大的努力。比如2012 年諾貝爾物理學獎獲得者塞爾日·阿羅什(Serge Haroche)與戴維·瓦恩蘭(David J. Wineland)的研究就和這個有關係。
基於塞爾日·阿羅什與戴維·瓦恩蘭對量子系統控制做出的貢獻,2012年物理學諾貝爾獎被頒布給了這兩位科學家。法國物理學家阿羅什建立了物理學的新領域,腔量子電動力學,其通過光學腔或微波腔來控制原子屬性,阿羅什專註於微波實驗,將微波技術反過來使用,即使用腔量子電動力學來控制單獨光子的物理性質。 2012年,因為研究能夠量度和操控個體量子系統的突破性實驗方法,David J. Wineland與法國物理學家塞爾日·阿羅什共同榮獲諾貝爾物理學獎 科學家只在幾個方面上改進了題主「實驗」當中的一些儀器。
1、不再用燈光而是用激光。由於激光波長範圍很小,可以算是非常好的單色光源。
2、還是用鏡子,只用兩塊鏡子(叫做光學腔(Optical cavity))。鏡子的吸收率可以低於0.0001%。(如下圖是我實驗室的Optical cavity),光從一個鏡子進入腔內然後在裡面不斷反射。
我們實驗室的某一個optical cavity 3、科學家用更快的「攝像機」。實驗室一般用光電二極體來探測光信號。一般的都可以探測幾十個ns 的光信號。
我們實驗室的某個光電二極體,反應時間約為9ns,如果用這個二極體來探測,就可以看到燈光慢慢變暗的過程。 4、實驗室把鏡子放在接近真空的環境之下,這樣光就不會被空氣吸收。
就是這樣簡簡單單的一個問題,兩塊鏡子,光就可以在裡面「亮」幾毫秒,是之前我們計算54ns的幾萬倍到幾十萬倍。
當把光關掉之後,光可以再「亮」2.7ms 而這兩個鏡子相關的研究和科學就叫做腔量子電動力學(CQED)。CQED在物理學的的很多領域都有相關的應用,也對物理學的發展做出了很多貢獻。以後有機會再慢慢講吧。
所以說如果一個人在生活當中注意觀察,發現問題,並因此產生興趣,努力研究而解決問題的話,下一個諾貝爾獎得主可能就是這種人當中的一個。
由於是以回答問題的形式,物理學當中很多的專業術語都捨棄不用,只希望大家能更好地理解相關的物理,並且培養大家的興趣。
各位大佬路過點贊,或者加關注。謝謝!
參考文獻:
Della Valle, F., et al. "Extremely long decay time optical cavity." Optics express 22.10 (2014): 11570-11577.
被吸收了。題主的疑惑是:光源被熄滅了之後,光去哪了?
答案其實很簡單。
不妨大家先思考一下,如果我關掉了鬧鈴,則鬧鈴聲都去哪了?
很明顯,聲音的傳播需要介質。假設我們處於理想狀況下,傳播過程中沒有阻尼,即不存在能量的損耗,轉化為內能,則聲音可以一直傳播下去,直到沒有介質的地方為止。
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類似地,光源被熄滅了之後,一部分被周圍物質吸收,轉化為熱能;一部分被散射;還有一部分繼續傳播,在透明物質中伴隨著折射,在強引力場中被時空彎曲。這也是我們能夠在地球上就能探測到幾十萬光年以外的恆星的根本原因。
值得注意的是:與聽覺同理,我們肉眼看到的並不是光線本身,而是光進入我們眼睛之後,與視桿細胞和視錐細胞內的視色素髮生光化學反應,然後經一系列生物學過程,最後被視覺中樞加工和分析後的感受。
也就是說:我們肉眼看到的世界,總是之前的樣子,而不是現在的樣子。光並沒有在外面,而是被眼睛吸收了。
之所以經常會被誤認為我們所看到的就是現在的樣子,是因為光的傳播速度相當之快。同時,從光線進入眼睛到被視覺中樞處理的過程也幾乎是瞬時的。
被屋子裡各種顏色的東西吸收了啊,光速那麼快你是感受不到這個過程的。先定義。
光是什麼?波?粒?能量?載體?
既然你以人的視角出發(如果沒有歧義的話),那就把它定義為人眼視覺現象。
下一步,簡化問題。
開燈,滿屋子光反射,亮了。關燈,反射沒了,黑了。
問題就變成了:當關燈的時候,光反射跑哪去了?
下一步,驗證。
如果將光理解為光反射造成的人眼視覺現象,那麼光就具有「現象」的特徵。現象不具備物質的長寬高速度等物理屬性。只有靜態的「發生」、「沒發生」和動態的「相變」三種狀態。
光反射去哪了這句話是不成立的。
最後,結論。
光沒去哪,直接死亡了,因為你把燈關了,光反射這個現象變成了「沒發生」。你只要不開燈,(這盞燈發出的)光一輩子都處於死亡狀態。
額,能說清楚點嗎,沒太明白
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