在一个漆黑的房间里,打开手电筒,然后关掉,房间又会立刻漆黑一片。那么手电筒发出的光都哪里去了?
简单回答:被吸收了,被房间里的空气分子和墙壁吸收了。
虽然,光在我们身边无处不在,但光也是很神秘的存在,人类几千年科学发展史,其实就是研究光的历史,但至今人们也没有完全弄明白光的本质。
不过人类已经越来越接近光的本质了。如今我们知道,光在量子力学中属于规范玻色子,具有波粒二象性,理论上光的寿命是无限的,如果光一直在真空中传播,可以永远存在,不会消失。
同时光没有静质量,只能动质量,只能以光速飞行,而且一出生就是光速,没有任何加速过程。通俗理解就是:光是一种能量。
要了解光为什么会被吸收,到底是如何吸收的,首先我们需要前往亚原子世界去一探究竟。
我们都知道,原子是由原子核和核外电子组成的,而核外电子具有不同的能级,也就是不同的轨道,总体可以分为基态和激发态,基态的能级最低也最稳定,而激发态的电子不稳定,总是倾向于跃迁到基态。
如果电子吸收了能量,也就是吸收外来的光子,就会从低能级跃迁到高能级。而跃迁到高能级的电子并不稳定,所以会通过释放能量也就是释放光子的方式重新跃迁到低能级,直到能量最低的基态。
由于能量几乎无处不在,所有电子就这样来回跃迁。这里存在一个极端情况,如果能量足够高,电子就会跃迁到非常高的能级,直到完全脱离原子核的束缚,也就成为了自由电子。
电子跃迁的过程中,中会吸收或者释放出不同能量的光子,表现出来的就是五颜六色的光线。
理论上讲,电子跃迁释放出来的光子,如果没有碰到任何阻拦,就会一直传播下去,直到遇到阻拦被吸收。
在现实世界里,释放出来的光子很快就会被物体吸收,因为绝对的真空是不存在的,即使看起来空无一物的环境,也到处充满了各种宇宙辐射,中微子等微观粒子。
所以,手电筒发出的光遇到周围的空气分子,还有房间的墙壁,瞬间就会被吸收完毕,房间一片漆黑。
理论上讲,任何物体对光的吸收率都不是百分之百,总会反射一部分光线。房间的墙壁也是如此,不可能完全吸收光线,也会反射一部分光。
但是由于光速达到每秒30万公里,速度太快了,房间里墙壁之间的距离不过几米而已,这意味着每秒钟光线会被墙壁反射上亿次,即使墙壁每次只吸收很小一部分光子,光线也会很快被墙壁完全吸收。
所以,如果我们假设房间的墙壁是由一种绝对不吸收光子的材料建造的,同时房间里是绝对的真空,那么即便是关闭手电筒,房间里也会一直充满光线,也不会变暗,因为光线会一直反射,不会消失。
但是,现实中根本不存在反射光线达到百分之百的材料,即使非常接近百分之百,比如说99.99%,在光线反射上亿次之后,剩下的光线也微乎其微,光线基本上也会瞬间被吸收完毕。
现实中就存在反射率非常高的平面镜,反射率能达到99.7%,不过需要极高的成本才能制造出这么高反射率的平面镜,一般的平面镜是达不到的。
但是即便是99.7%的反射率,每次反射仅仅损失0.3%,也几乎会在一瞬间完全被平面镜吸收完毕。这其实只是简单的数学计算。
反射800次之后,就只剩下不到百分之十的光线。反射1500次之后,只有百分之一的光线。而反射1500次所用的时间大约只有0.0001秒而已。也就是说0.0001秒之后我们就无法看到房间里的光线了,房间会变暗。
我们的肉眼根本无法识别0.0001秒这么短的时间,只会感觉到手电筒熄灭的瞬间房间就变暗了。如果有高速摄像机可以把整个过程放慢一百万倍,我们就能清晰地感受到房间并不是一下变暗的,而是有一个缓慢的过程。
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