當我們關閉電源後,這束光去哪了呢?光到底是什麼性質?| 科學趣聞

曾經我們都用手電朝著天空打過光,現在有了一種叫做指星筆的東西,它的指向性極強,可以清晰的看到極光在大氣層中留下的綠色軌跡。但是當我們關閉電源後,這束光去哪了呢?會不會有一天照射到宇宙的盡頭?

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光到底是什麼性質

光應該是人類對自然界現象的第一個認識,畢竟生下來睜開眼就感受到光,可能也有朋友會說是空氣或者聲音,大概也差不多,不過要說明下的是真正的呼吸是打屁股之後的啼哭,此時肺葉才會開啟!

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小孔成像是人類對光的第一個科學認識,因為發現了光的直線傳播現象,而早期對於眼睛視物原理認識的不足,曾經以為是眼睛中流出的“光”到了物體,然後再返回,但其實剛好相反,只有物體反射的光進入到眼睛,被視網膜感光細胞感知,人才能感受到物體的形狀,根據經驗判斷大小與距離等等!

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牛頓的光與波粒二象性

牛頓是一位光學巨匠,他的三稜鏡實驗將光分解成七色光,這是不同波長的光在介質上折射率不一樣而將其分解成七色,其實還有更多,比如紫外和紅外,當時不知道而已!不過這麼明顯的光的波特性,當時牛頓還支援粒子說,而從牛頓時代開始,光的波粒大戰延續了將近350年!無數科學家為之奮鬥!耳熟能詳的大佬就有:

1801年,托馬斯·楊的光的雙縫干涉實驗無可辯駁的證明了波動說1819年,菲涅爾以圓盤衍射和泊松亮斑再次證明了光的波動說1850年,傅科對於光速的測量,發現水中的光速低於真空中的速度,再次證明了波動說。1865年,麥克斯韋方程組釋出,預言光是電磁波的一種。1905年,愛因斯坦發表光電理論,證明光是粒子,同年釋出狹義相對論,證明光速不變!此後二十幾年裡,量子論快速發展,光的波粒二象性以及電子的波粒二象性逐漸被接受,但可能很多朋友能接受光的波粒二象性,但電子是個波?就像當年科學界難以置信一樣,仍然無法相信電子居然也是個波!

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光是怎麼產生的

光是從哪裡來的?這確實是個問題,不過這個問題在波爾的半量子化原子模型出來後,事情差不多就解決了,儘管當年很多科學家已經摸到了黑體輻射的源頭,但像波爾這樣明確輻射來自電子的躍遷和跌落髮出輻射的,還是頭一遭!儘管波爾的半量子化原子模型並不準確,但已經解決了光子來自哪裡的問題!

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核外電子在低軌道上吸收能量後會躍遷到更高的軌道,但並不穩定,會重新跌落回低軌道,在這個過程中就會釋放出一份能量,這就是光子的來歷,前文麥克斯韋已經預言光是電磁波的一種,而光子釋放的能量有高低,會從電磁波段一直到X射線!而伽馬射線則是激發態的原子核釋放出的伽馬射線光子。

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不同的輻射波段

在電磁波所有波段中,伽馬射線的能量最大,破壞力也最強,穿透力槓槓滴,所以遮蔽它也比較困難,需要厚厚的混凝土才可以!

從指星筆中射出的光,能到宇宙盡頭嗎?

無論是手電筒或者是指星筆中射出的光,從理論上來看它都是能到達宇宙盡頭的,但實際上卻是不能,為什麼會是這樣呢?

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光子會在宇宙中消失,它只會碰撞其它粒子後轉換成能量,或者被引力場和宇宙膨脹改變頻率,或者誤入黑洞被吸收,但它不會無緣無故消失!因此從理論上來看指星筆射出的光束可以一直漫遊到宇宙邊緣,而且對於光子來說,時間是不存在的,即使到達宇宙盡頭也,也和它剛出發那會沒有區別,所以指星筆射出那束光後,它將繼續在宇宙中遨遊!

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這也是人類可以用足夠強大的望遠鏡去觀測宇宙邊緣的天體的原因,比如哈勃太空望遠鏡觀測到的GN-Z11就是經過長時間的曝光才收集到足夠的光子,從而顯示大約在宇宙誕生大約4億年時的星系!如果按宇宙膨脹計算距離,那麼現在它大約已經在300多億光年外!

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為什麼手電光永遠都無法到宇宙盡頭?

其實光是走得到的,如果那個邊緣不往外跑的話!因為宇宙一直在膨脹,144億光年外宇宙膨脹就超過了光速,可怕嗎?我們看到的不過是宇宙錄影機放給我們看的錄影,真實的宇宙現在正在超光速狂奔一般的膨脹,人類不過就檢視100多億年前的“監控錄影”而已,恐怖嗎?有沒有種脊背發涼的感覺?

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所以即使是光都追不上宇宙的膨脹,人類永遠都無法瞭解宇宙真正的邊緣!

延伸閱讀:黑洞成像的光

說起光或者電磁波來,無疑去年4月10日的黑洞照片是一次最好的科普!這是EHT望遠鏡的傑作,對黑洞成像的不是一般的望遠鏡,而是覆蓋了西半球的幾個大型射電望遠鏡陣列,請注意,是射電望遠鏡!

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因為光學波段要對黑洞成像的話對口徑要求太高,因此只能在射電波段對它成像,利用干涉陣列的模式,模擬成一臺口徑幾乎和地球直徑差不多大的望遠鏡,增加解析度,但即使如此黑洞的真正大小也就是畫素級別,我們看到的大大的黑洞,都是那個畫素級別的修正而來的!

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當然有一點我們必須清楚,那所謂的光,其實都是電磁波,簡單的說只要讓電磁波藍移,就能將電磁波頻譜平移到可見光波段,或者將可見光紅移也能進入電磁波段,當然在處理黑洞電磁波變成可見光可不用如此這般,作為通道輸入就可以了!

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一部分存放資料的硬碟

麻煩的只是幾年前收集的資料處理,據說用了幾百個硬碟的陣列,還是運輸硬碟的方式,因為實在是太大了!

【來源:星辰大海路上的種花家】

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