可以把一束光封闭在镜面盒子里,让它永远存在吗?

老有人幻想,在一个镜子做的四方屋子里,打开手电筒照一下就关上,光就可以在屋子里来回反射,这样无穷反射下去,物质就一直亮着,多美妙啊,不就节约了许多能源吗?

愿望是美好的,现实是残酷的,至少在我们世界里,这还只是一个缺乏常识的幻想。为什么呢?我们来分析一下。

这个世界上没有100%反射光的物质,也没有这样的镜子。

民间一般使用的镜子反射率约90%左右,比较好用于实验的镜子反射率在95%左右,这种镜子一般用于专业实验,如太阳能发电、实验室工具等等;最高级的反射镜,如美国加州大学伯克利分校光电研究中心研制的一款纳米镜子,反射率达到99.9%,这已经是目前人类能够制造镜面的顶级了。

这个反射率说明了什么呢?就是光照射到镜面上,能够有多少反射出来,而被吸收了多少。也就是说任何光源照射到人工制造的镜子上面,都有一部分被消耗吸收了。

光速很快,在镜面之间很快会被吸收完。

我们知道,真空光速约每秒30万千米,这位异想天开的朋友不知道想做多大的镜子屋呢?我们做个大点的,10米见方如何?

我们忽略掉上下左右的墙面,只说正对着的两个平行镜面吧。如果一束光在这个10米之间两个平行镜面中来回折射,按照每次反射90%,被吸收10%计算,只要反射50次光线就衰减消耗了99.5%,应该早就看不见了把?

反射50次需要多久呢?我们简单计算:300000km/0.5=1/600000(s)

只需要60万分之一秒这束光就全部吸收掉了,人的眼睛有这个能耐分辨吗,所以看起来手电筒一灭光就没有了。

即便用99.9%反射率的镜面,光也很快会吸收掉。

在达到99.9%的反射率的镜面,这束光要多久会被吸收掉呢?每次递减0.1%,10000次将吸收衰减掉99.995%,肉眼早就看不到了吧?那么10000次反射需要多久呢?也就是光要在镜面之间来回走100km,光速300000km/100km=1/3000(s)。

这束光在99.9%的镜面间反射只要3000分之一秒就不见了,人眼依然无法辨别,看到的依然是手电一关就黑了。

当然这种光线的递减理论上永远是吸收不完的,这就是日取其半,万世不竭的道理。但当光子在空间很稀薄时,不要说人类眼睛,就是仪器也很难测出来。

如果说要让这永远反射的光起到照明节约能源的作用,那么里面就还要有人,这个人如何做到不吸收光呢?如果没有人在里面,关着这一束光又有什么意义呢?

而且我们说的这种实验,是非常粗糙的。

我们忽略掉了镜面连接处很难做到同镜面一样完美,空间还要空气的折射吸收等,要知道即便是抽真空,在地球上也无法做到太空那种真空的。

而且还要放入光源,这个光源本身也需要做成反射率同样高的镜面。理论上只有做到很小球体才能够达到高反射封闭状态,但这种小球体即便做到了99.999999%的反射率,简单计算反射4.6亿次就衰减成1%,如果这个球内径5厘米,那么4.6依次光行进了23000km,光速300000km/23000≈1/13(s)

也就是说不到13分之一秒光早就看不到了,而人类要做到那么高反射率的镜面,还不知道要到什么时候呢。即便这个小球能够让光永远里面反射不灭,谁能看到呢?如果这个瓶子是透明的或者些许透射一点点光,光的衰减就更快了。

所以说,人类目前无法做到把一束光封锁在一个空间永不消逝,甚至无法做到保留1秒钟,让人们眼睛感觉到它的驻留。即便能够做到,也无法观测到。

就是这样,欢迎讨论,感谢阅读。

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