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當把密閉屋子里的燈關掉,光線都跑去了哪里?

當把全密閉屋子里的燈關掉,光線跑去了哪里?

回答這個問題,我們需要先了解這么幾個問題:第一,光線是什么?由什么組成?第二,光子是什么?第三,我們?yōu)槭裁磿吹焦??先說這幾個問題,可能說著說著就會有新問題跳出來。

光是什么?光是電磁波或是電磁輻射,我們知道電磁波根據波長劃分有這幾種:無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線,而X射線與伽馬射線一般被認為是放射性輻射,雖然它們也都是電磁波,而且是高頻電磁波,對人體傷害極大。人肉眼所見的是可見光波段的電磁輻射,而其它波段的電磁波人的肉眼是看不見的,但并不是說它們不存在,它們是存在的,就在我們周圍,密密麻麻。

光或者說電磁波由什么組成,這個事情牽扯出科學史上曾發(fā)生過的一些大事,這些事情發(fā)生于20世紀初,與之相關的人物都是物理書上重要的人物,那種少了他們物理書能薄一半的人物?!肮怆娦薄ⅰ安6笮浴?、量子力學的發(fā)展,讓世人對光的理解更上了一個層次,原先科學家們一直對光到底是波還是粒子而爭論不休,經過這些科學家的討論,在那時有了定論,即一切物質都具有“波粒二象性”,光當然也不例外。所以說,光由粒子組成,我們稱“光子”,這是從粒子性來闡述它。

光子是什么?光子是光的載體,就是電磁輻射的載體,也是傳遞電磁相互作用的媒介粒子,光子有一些不符合常識的特征,比如這些:沒有靜止質量,運動速度光速,而且光子從誕生時刻起運動速度就是光速,無需加速過程。光子雖然沒有靜止質量,但仍然有能量、動量、動質量。

我們?yōu)槭裁纯梢钥吹焦?,這是因為光子攜帶的能量撞擊到視網膜上,由大腦進行合成,在腦海里形成的“實時圖像”,其實并不是真正的實時,仍然是有極其微小的延遲的,具體視網膜是如何工作的,這就是生物學上的問題了,在此就不多贅述。

在全封閉的屋子里打開手電筒,屋子被照亮,這是因為光的反射與散射作用,使屋子里布滿了光子,才有機會到我們的瞳孔里,如果將燈關閉,屋子會瞬間暗下來,那之前的光子哪里去了呢?答案很簡單,被物質吸收了,我們說了,光子具有能量,光子被物質吸收了這個過程其實就是光子攜帶的能量轉移的過程,那能量是被什么吸收了呢?被電子吸收了,原子核外的電子吸收了光子的能量就會轉移到高能級軌道上,當然光子也可能會被原子核吸收,那么多的東西在吸收光子,加上光子的運動速度又如此之快,所以很快位于可見光波段的光子就消失了,眼睛自然也就看不到了。

有多快呢?舉個例子就很明了了,我們假設在一個10平米左右的房間里,房間里的墻壁被反射率為80%的鏡子鋪滿,無縫銜接,我們再假設屋子內部為真空或幾近真空的環(huán)境,那么在關燈以后,屋子多快會暗淡下來呢,大約50ns左右,這個時間差人是無法察覺出的,所以也就是一瞬間屋子就黑了,為什么這么快呢,因為光速太快了,一瞬間的時間它都不知道反射多少次了,光子那點能量早就被吸收完了。但有一點需要注意,那就是我們肉眼看到的是可見光,會不會雖然可見光消失了,但其它波段的光未消失呢?這當然是正確的,比如紅外波段的光,它就會停留一會兒,紅外波段的光人的肉眼是看不到的,所以也就不會察覺到它是在慢慢消失。

如果把密閉屋子墻壁全部換成100%反光的材料(不存在)且無縫連接,那束光會一直在里面反射嗎?這需要加一個前提條件,就是沒有空氣,為什么要加這個條件呢?因為如果有空氣的話,空氣塵埃也會把光子能量吸收完,所以必須附加這個條件,然而這樣的條件是不存在的,討論假想中的狀況就沒多大意義了。

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