两面镜子间发射一束光,光会不会一直反射下去?

镜面反射的反射率达不到100%,光的能量与反射次数呈指数衰减,由于光速非常快,所以一束光在瞬间就会衰减为零,不可能一直存在下去。

在小时候,如果我们有一块镜子,会玩得不亦乐乎,因为利用镜子可以把太阳光反射到其他地方;我们假设有两块大的镜子,那么一束光在镜子之间能无限反射吗?

实际上一束光在经过数十次反射后就会弱到肉眼看不见,这是因为光在空气中传播会存在损耗,在镜面反射时也会存在损耗,镜面反射率达不到100%。

我们假设把镜子放在真空中,没有了空气传播损耗,并假设我们使用的镜子反射率高达99.99%,而且光没有发生散射,那么在反射大约7000次后光的能量降低一半,反射大约4.6万次后,降低为原来的1%,在反射20万次后,理论上降低到原来的20亿分之一。

而光速高达每秒30万公里,假设两面镜子相距3米,那么这束光每秒钟能反射1亿次,现实当中反射率最高的镜面也就98%左右,几乎在毫秒之间这束光就将损耗殆尽。

物理学中还有一种特殊的反射——全反射,全反射的反射率几乎就是100%。

我们使用的光纤通信就是利用了全反射原理,但是光在光纤中传播也存在明显的衰减,衰减原因主要有三点:

1、材料吸收,石英光纤的成分是二氧化硅,二氧化硅本身对光就有吸收作用,尤其是其中的杂质吸收作用更明显。

2、散射,光在介质中传播,多多少少会存在散射,散射光的传播方向是随机的,这也会导致光的损耗。

3、弯曲,光纤通信是基于全反射原理,如果弯曲过度,会导致部分光线不满足全反射条件,从而发生投射在包层中损失掉。

无论我们使用镜面反射还是全反射,都无法避免光的传播损耗,所以利用两面镜子不可能无限反射同一束光线;而且在量子力学中,光并不是连续的,而是以光子的形式传播,遵循不确定性原理,我们并不能保证每个光子都能沿着原路反射回去。