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密闭房间里关闭手电筒马上漆黑一片,光都跑哪里了?

光子的奇妙旅程,在不被物质吸收的情形下,是否能永存于世?假设你身处4000光年外的某颗星球,使用一副超高精度的望远镜,或许能目睹地球历史的辉煌篇章,如夏商周三代的壮丽景观。

让我们进一步探讨光子的永恒之旅。设想宇宙的尽头距离我们100亿光年,此刻从地球发射的一束携带着“我正在编写文字信息”的光子,它们将在100亿年后触及宇宙的边界,而在那里的任何生命,也只能在100亿年后才能目睹这一瞬间。

实际上,哈勃观测和宇宙微波背景辐射等研究揭示了一个令人震惊的事实:宇宙并非静止不变,它正如同一只被吹胀的气球,不断膨胀,远离我们的物体正以超越光速的速度远离我们。我们所观察到的宇宙范围为930亿光年,而在这个可观测宇宙之外,仍然存在着广阔无垠的宇宙空间。

这意味着,即便光子的旅途中不被任何物质吸收,它们也永远无法触及那些超光速远离我们的星球,携带着地球信息的光子,将永恒地飘荡在宇宙中,成为不朽的记忆。

再来探讨另一个疑问:当我们开启光源,屋内变得明亮,关闭光源后却陷入黑暗,那些光子究竟去了哪里?为了解答这个问题,让我们来做一次思想实验。假想你拥有一个远程开关,能够操控一间封闭房间内的光源。

你按下开关,光源立即释放出光子,房间变得明亮(虽然你并不能看到)。释放光子后,房间随即变暗(同样你也看不到)。尽管无法目睹,你肯定能认同这一现象,因为每天夜幕降临我们都在体验相同的过程。

然而,我要告诉你,你的直觉可能是错误的。原因有几点:首先,打开电源后,屋内是否明亮取决于光源释放的是何种光线。

例如,如果释放的是人眼无法看到的紫外线,那么即使你身处室内,对人眼来说仍是一片漆黑,但对于能够感知紫外线的蜜蜂来说,房间却明亮如昼。

其次,即使在可见光的情况下,光源关闭后屋内也不一定会立即变暗。如果屋内物质无法吸收所有光线,那么这些光子便会在物质间无限反射。

再次,如果你理解了前两点,你就会明白,光源开启时屋内的明暗取决于那些存在于屋内的光子是否能被你眼球中的感光细胞吸收,并转化为视觉信号传给大脑。

最后,如果你身处室内,意味着一旦光源关闭,屋内肯定会变暗,因为你只能看到可见光。一旦可见光消失,即便眼球是光子的吸收体,光速极快,光子在关闭的瞬间仍会被眼球吸收,房间立即变暗。当然,这种说法是夸张的,因为在实际情况下,光子无需在房间内经过如此长的距离,房间的构造也无论多么特殊,光子都会在极短的时间内被眼球吸收,所以在你感觉中,房间是立即变暗的。

因此,光源关闭,屋内变暗的真相是,光源发出的一部分光子被物质吸收(包括衣服、皮肤等),一部分在你看不见的波段(如红外线),一部分则被你的眼球所吸收。

那么,有没有可能光子会永远困在房间内呢?答案是否定的。理论上,如果存在百分百反射的物质,你用它围成一个密闭房间,光子或许可以永存其中。但现实中并不存在这种物质。

即使真的有这样的物质,你也无法确定屋内是否永远明亮,因为你想要判断就必须观察,而观察意味着你的眼球会吸收那些“可能永远反射或留在屋内”的光子,一旦你观察,屋子便立即变暗。

那么,用这种完美反射材料制成的机器人能否进去检测呢?实际上,这和人眼无异,你想获得房间内是否有光子存在的信息,就必须用探测仪器去接收光子。

检测行为导致光子消失,这与光子可能永存的假设相矛盾,因此这样的实验无法实施。但是,根据光子的性质,我们确信光子可以永恒存在,就像那些遥远的恒星发出的光芒,能够穿越亿万光年的距离,被我们的望远镜所捕捉。

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  • 原文链接https://page.om.qq.com/page/ODu_FdHwc1MZ97vaOiO07K-g0
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