说起手电这个物件,相信很多年轻的朋友已经没有见过了,然而,把时间倒回到20年前,手电还是许多家庭必备的家庭基础电器。
因为在那个年代,路灯还未普及,夜晚出行的时候,就需要手电来进行照明,拿着手电一路摇摆着走在乡间小路上,成为很多朋友刻在脑海中抹之不去的记忆。
在那时候,一些年纪尚小的朋友,除了拿手电照明外,还喜欢拿着手电照向太空,看着手电照出的光柱直通天际,脑海中浮现出一些遐想。
这些光最终会去向何方?它们是随着手电关闭而消失,还是继续飞行呢?如果是继续飞行的话,它们最终又会飞到哪里?是否会到宇宙的边缘呢?
光到底是什么?
想要回答上面的问题,首先要弄清楚光到底是什么,光能够发射出来,又是什么原理呢?
光,这个在日常生活中接触到最多的现象,在很长时间里,人们一直想要弄清楚其本质,然而,其就像是宇宙中最神秘的存在,一直都隐藏在朦胧的面纱中。
在现代科学启蒙后,人们认为光或许如同电子一样,是由一颗颗的基本粒子组成,就是量子力学概念中的光子。
然而,近一百多年中,科学家们发现了一个现象,那就是光在一些物理现象中,也表现出波动性,那么也就是说光是一种辐射,表现得如同电磁波。
这就导致了光出现了两种不同的解读,那就是光到底是粒子,还是波。这个争论一直维持到1905年,一个牛人出场,改变了这个现状,这个牛人就是爱因斯坦。
他提出了一个概念,那就是光具有波粒二象性,其不仅具有干涉、衍射和偏振等现象,而爱因斯坦1905年发表的光电效应,也有效的证明了光是粒子这一概念上。
由于光的波粒二象性,也决定了光的一些特别表现,让其成为宇宙中最基本也是最神秘的力量之一,例如光的速度也就是宇宙的极限速度,大约每秒30万公里,也成为了宇宙速度的一杆标尺,为何光的速度是这个恒定的速度,成为宇宙速度的极限,无法突破,也成为最大的谜团。
由于光的这一个特性,也就成为了相对论的重要理论基础,进而推动了科学发展,也推动了整个人类社会的发展。
由于光具有波粒二象性,因此,我们看到是光,但是发光的原理也有很大的不同,像太阳就是发射出巨大的热辐射,激发出从红外线到紫外线不同波段的电磁波,成为人们日常看到的光线。
而一些LED灯,其发光原理又有些不同,它是通过电流激发电子,使电子跃迁到更高的能级,然后回落释放出光子。
除了这些外,还有核裂变时候,放射性物质在衰变的过程中也会释放出高能光子,也成为人们看到的辐射光。
手电发出的光,最终都去了哪里?
前面说了光的原理,以及光是如何发出的,那么当手电发出光的时候,其实际上就是光子不断的往外发射出,变成人们看到的光柱。
给人的感觉就是这些光柱会撕裂天空,直达太空,往宇宙的深空不断的飞行,直到人类还未了解的领域。实际上,手电发出的光,并不是人们想象中的样子。
一般来说,手电发出的光会经历几个过程,首先手电发出的光线会经历散射,虽然手电已经尽量把光线聚集到一起,然而实际上,手电的光线就如同一个喇叭口一样,越到后面散开就越大,光子也就越稀薄,直到肉眼看不到光线为止。
另外一方面,当手电发出的光线,也会遇到空气分子、或者是空气中的悬浮颗粒,也会改变光线的方向,导致光线出现散射。
这也就是说,当手电照向天空的时候,由于手电光线本身就比较发散,加上空气和一些微小颗粒的散射,绝大部分的光子都无法到达太空之中。
这个过程中,虽然绝大部分的光子,都以散射或者反射的方式,被留在地球上,无法到达太空,但是还是有一些较为幸运的光子,虽然数量较少,却在手电照向天空的时候,飞行到太空之外。
那么这部分较为幸运的光子,是否可以安稳的在太空中飞行呢?
答案是不能,因为太空虽然是真空环境,但并不是绝对意义上的真空,因为根据旅行者一号发回的勘探数据,显示太空之中分布着数量庞大的氢原子,虽然这些原子数量比较稀少,却分布在宇宙空间的各个角落之中。
当手电发出的幸运光子到达太空之中后,基于量子力学中的能级跃迁,当原子中的电子从一个能级跃迁到另一个能级时,会吸收一个光子,也就是物质吸收一个光子从基态跃迁至激发态。
从这可以看出,那些从手电发出的幸运光子,虽然飞出了地球,但是面对的是茫茫宇宙间的原子,这些原子时刻都吸收着这些光子,这也是为何光在传播的过程中会逐渐减弱。
虽然光子在飞行的过程中被原子吸收,逐渐被减弱,但由于光子的数量庞大,加上太空之中的原子数量比较稀少,依然会有一些光子躲过这些原子,到达宇宙的另外一端。
这也是为何人类可以观测到数十亿光年外恒星,虽然光线减弱很多,光子在传播的过程中被吸收很多,但依然可以被人类侦测到。
当然,手电发出的光无法与恒星发出的光相比,但是手电连续发出的光线,其光子的数量依然非常庞大,这些光子虽然无法被人类侦测到,但是依然会存在。
也就是说手电发出的光,依然会有一部分躲过宇宙中分布的原子,往宇宙深空继续飞行,那么这些光子是否会飞行到宇宙的边缘呢?
答案是不能!
这是因为根据目前研究,发现宇宙并非一成不变,而是处于膨胀的状态,也就是宇宙膨胀,根据目前的计算结果,那就是宇宙的膨胀速度是超过了光速。
那么,手电发出的一些幸运光子,虽然可以继续在宇宙深处飞行,但是其无法到达宇宙的边界,因为光子的速度,永远也追赶不上宇宙边界的扩张速度。这也是为何人类目前可观测宇宙的直径仅有930亿光年的原因,因为超过这个距离,光子或者电磁波永远也无法到达地球。
对于光速,对于宇宙,你有什么看法,不妨在评论区留言,大家一同探讨一下!
热门跟贴