光子在宇宙深空中飞行可以永恒的存在。但如果遇到其他物质,可以被直接吸收。像本问题中说的密室中手电光,最终会被墙壁反射数千次之后吸收殆尽,但这个过程持续的时间很短,短到人类的眼睛察觉不到。
》从波的角度来思考光
说到光任何人都不会陌生,早上迎接的暖暖阳光,就是从1.5亿公里之外的太阳传播而来,感觉到温暖了吗?这实际上就是吸收了部分光子,意味着吸收了能量。
物体之所以肉眼可见是因为有光线进入到我们的眼睛,这些光被称为可见光,在光谱上仅占据了非常短的一小段,波长在380nm-780nm之间,除此之外的电磁波都是我们肉眼无法看见的,例如红外光、紫外光以及X射线和伽马射线等等。
它们只是波长不同而已,都是电磁波,只不过人类的眼睛只能看见部分波长的电磁波,我们把它称之为可见光。而像传递信号的无线电波可以穿过障碍物,但是一些非常密闭的空间角落信号就不是那么好。
》密闭空间的光,只能被墙面所吸收,但无法逃出屋外
光具有波粒二象性,从量子力学的角度上来思考,光也可以看成是一份份的,例如在1905年爱因斯坦发表的论文,研究内容就是光电效应,当光照射在金属表面,电子可以吸收一份能量,从而跃出表面,这正说明光的能量也是一份份的,也就是常说的“光子”。
从爱因斯坦的狭义相对论出发来看,光子没有静止质量,速度可以达到光速,那么通过时间膨胀效应来看,光子的时间就是静止的,换句话说是永恒的。在宇宙空间中如果碰不到其它物质,那么它将永恒的飞行下去。
目前主流科学观点认为宇宙诞生于138亿年前的大爆炸,那个时期遗留下来的余光,已经跨越时间和空间,目前可以被观测记录到。也就是宇宙背景微波辐射,只不过是不断的能量衰减,曾经的那束光已经变成微波了。
但如果光子直接照射在墙面上,每一次照射都会有能量损失,通过不断的反射吸收最终消失。这个过程从微观角度来看就是低能态的原子吸收光子(一份份能量),从而达到激发态,这个时候还会辐射出新的电磁波,只不过并不是可见光了,这个过程是符合能量守恒定律的。
》总结
密闭小屋关掉手电后变黑,就是因为没有光子再进入我们的眼睛,这也就意味着此前的光子早都已经消失不见。正常情况下它们会永恒存在,但是周围的墙壁不是理想中的全反射物质,光子会很快地被吸收。设想一下,如果存在一种材料可以对光线全反射,那么屋子里可能就一直都存在着这些光子,在不断的发射着。
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