手电筒向夜空照一秒再关掉,发出的光哪去了?它们能飞到宇宙的尽头吗?

魅力科学君 2024-07-09 18:13:37

如果我们打开手电筒向夜空照一秒再关掉,我们将会看到,在关掉手电筒的一瞬间,手电筒发出的光束也会消失,那么,它发出的光哪去了呢?下面我们就来聊一下这个话题。

实际上,我们看到的光束,其实是手电筒发出的光子遇到空气中的微粒(如尘埃、烟雾、微小水滴等等)所发生的散射现象,而在手电筒关掉之后,由于没有光子继续进入我们的眼睛,所以在我们看来,手电筒发出的光束就消失了。

也就是说,在手电筒关掉之后,其之前发出的大部分光子仍然在沿着原有的路径继续传播,由于地球大气层中的主要气体(氮气和氧气)对可见光是透明的,而手电筒发出的光线主要集中在可见光波段,因此在较为理想的情况下(晴朗少云,空气中杂质少、透明度高),一部分光子就有可能直接穿过地球的大气层,进入到茫茫的宇宙空间。

我们知道,光子是具备波粒二象性的,也就是说,它们既具备“波动性”,也具备“粒子性”。

从“波动性”这方面来讲,光子其实就是量子化的电磁波,根据麦克斯韦电磁场方程组,变化的电场会在空间中激发出磁场,变化的磁场又会在空间中激发出电场,如此反复地交替变换,就形成了电磁波。

由于这种交替变换是不会消耗能量的,而电磁场也可以存在于真空,并且其建立速度为光速,因此光子就可以一直在宇宙空间中以光速传播,不需要额外的动力。

从“粒子性”这方面来讲,光子其实是一种静止质量为零的基本粒子,根据狭义相对论,静止质量为零的粒子只能以光速运动,在此基础上,再加上光子的半衰期是无限长的,因此光子就可以一直在宇宙空间中以光速传播,不需要额外的动力。

由此可见,无论是从“波动性”还是“粒子性”来分析,我们都可以得出这样一个结论,即:对于手电筒发出的那些已经进入宇宙空间的光子而言,只要没有受到阻碍,它们就可以一直在宇宙空间以光速传播下去。

需要知道的是,宇宙的空旷程度远超我们的想象,根据科学家的估算,从整体上来讲,宇宙中物质的平均密度大概相当于每立方米存在着6个质子,而这也就意味着,当光子在宇宙空间中传播时,其遇到障碍的概率其实是非常非常低的。

在此基础上,再加上手电筒发出的光并不是平行光,随着传播距离的增加,其发出的光子也会越来越分散,因此我们有理由相信,这些光子中有一部分会无休无止地在宇宙空间中传播。那如果真是这样的话,它们能飞到宇宙的尽头吗?很遗憾,答案是否定的。

宇宙到底有没有尽头?这其实是一个悬而未决的问题,有人认为宇宙是无边无际的,也有人认为宇宙是有尽头的,很明显,如果宇宙是无边无际的,那“飞到宇宙的尽头”这样的说法也就没有了意义,另一方面来讲,即使宇宙真的有尽头,这些光子也无法飞到那里,为什么呢?我们接着看。

科学家早已发现,宇宙是处于一种持续膨胀的状态,这种现象就会使那些遥远的天体都会具备一个远离我们而去的速度。

这种速度被称为“退行速度”,从理论上来讲,一个天体与我们的距离越远,其“退行速度”就越快,这可以用一个简单的公式“v = Hr”来进行描述,其中的r代表天体与我们的距离,H代表一个常数。

这个常数被称为“哈勃常数”,它描述的是宇宙的膨胀速率,在过去的日子里,科学家已经估算出“哈勃常数”的数值约为67.80(±0.77)公里/秒/百万秒差距,这里的“百万秒差距”是一个距离单位,换算下来大约是326万光年。

需要知道的是,“退行速度”的本质其实就是天体在空间扩张的带动下远离我们的速度,而不是天体在空间中的运动速度,因此“退行速度”并不会受到狭义相对论的限制,而这也就意味着,当距离超过一个临界距离时,天体的“退行速度”就可以超过光速,根据上述公式我们可以计算出,这个临界距离大约为144亿光年。

正如前文所言,光子是以光速传播的,显而易见的是,光速是无法追上超光速的,而这也就意味着,即使手电筒发出的一部分光子能够在宇宙空间中无休无止地传播,它们也永远“追”不上144亿光年之外的天体,在这种情况下,它们就永远无法飞到宇宙的尽头,毕竟仅仅是可观测宇宙,其半径就有大约460亿光年。

(注:可观测宇宙的半径是根据光速、宇宙的年龄以及宇宙膨胀速率计算出的结果)

34 阅读:15194
评论列表
  • 2024-07-11 16:40

    宇宙那么大 他卖我两万一平?

    飞天男孩979 回复:
    火星上五毛一平方,你给我钱自己上去就行了,一万平起售,最高数量不限。
    1024 回复:
    宇宙那么大,你也可以圈块地,卖他五万一平
  • 2024-07-09 21:27

    我就是这样跟外星人联系交流的

    土拨鼠男爵 回复:
    青山精神卫生中心已为您留好床位,速来办理入院手续!
    我提供能量反应 回复:
    你厉害[点赞][点赞]
  • 2024-07-09 23:52

    为何只有光子能够相对高速长距离飞行?几乎是永动机??? 惯性运动到处存在,光子是相对高速惯性运动天才。质量和力支配宏观和微观的一切运动,不可能有两套规则。物质多以原子形式存在,在适宜的条件下,惯性运动几乎是永恒的。宇宙间地球轨道运动,原子内部电子光子轨道运动。。。光子拥有可穿越的广阔真空(原子内部真空遍布),原子的运气差很多,大于原子的真空少得多。 光子论文 photon energy and photon behavior discussions ———电子质子破碎在强大电斥力作用下加速到光速,真空光速由电子质子表面电势决定。粒子双缝干涉条纹太简单了,都是必然!!!电子光子都是带电的。材料边缘宏观电中性,亚原子微观有正电区也有负电区,受引力的和受斥力的大量光子当然会分裂成条纹。边缘衍射是同样的道理。

    三观巨正一个人 回复:
    我不认可你的说法,我个人认为,这个意大利面就应该拌42号混凝土,因为这个螺丝钉的长度,它很容易会直接影响到挖掘机的扭矩你知道吧,你往里砸的时候,一瞬间它就会产生大量的高能蛋白,俗称UFO,会严重影响经济的发展,甚至对整个太平洋以及充电器都会造成一定的核污染,你知道吧,再者说,根据这个勾股定理,你可以很容易地推断出人工饲养的​东条英​机它是可以捕获野生的三角函数的,你不管秦始皇的切面是否具有放射性啊,特朗普的n次方是否含有沉淀物,都不影响这个沃尔玛跟维尔康在南极会合。​
    小小小小小小小余 回复:
    这个月的社保交了吗?
  • 2024-07-12 18:01

    如果你足够强,是可以以三十万公里每秒飞到宇宙边缘,但一般只有几公里

    戈比劳王 回复:
    等你停下 发现宇宙已热寂 也就是不存在任何物质了
  • 2024-07-10 01:34

    突然有一个想法,黑洞是不是就是宇宙的下水道[捂脸哭][捂脸哭][捂脸哭]

    二级结论 回复:
    应该说连接另一个宇宙的通道
  • 2024-07-13 13:07

    理论上如果我现在站在5000光年外,就能看到地球5000年前发生的事情。

    蓝色 回复:
    方向如果不对,看到的就是5千年后[笑着哭]
  • 三神 10
    2024-07-12 08:51

    没飞出太阳系,就碰到各种粒子折射反射没有

  • 2024-07-13 08:36

    波与场的研究都是数学当物理,捉影弄鬼之术:::波只是一种粒子宏观时空分布不均匀,水波/沙丘波到处都有,是粒子构成的,有波粒二象性???波是一种物质???以干涉衍射现象否定光是粒子,又去解释粒子干涉衍射,不是笑话是什么???破坏了认知自然的核心根基“确定性” ………场::只能由源完全确定,不可观测(源力不是场力,源能量不是场能量),不必要的,无质量无运动的多余虚幻想象。……地球场给你引力,你给地球场引力,然后地球场给地球引力。这是笑话!!!~~~场与波都是捕风捉影之法,意义很小,破坏巨大。……伟大的赫兹证明电磁波的实验,激励源都是电火花,当然是光子。用了电磁波来解释而已,电磁波理论(尚未发现电子)只是基于宏观电磁观测的有用的数学方法,质量与力才是宏观微观物质世界的根本,两朵乌云当然都是电磁理论的谬误,祸害牛顿何益?一个具体问题::电流磁场与电子磁矩啥关系???

  • 2024-07-13 08:37

    解释光电效应是个笑话。物理机制根本木有涉及,对光谱特性,对光电子能量分布,对偏振和温度影响等都不能解释。是半知乱解,害大于利(笨蛋好于坏蛋)。发现光电效应是宝贵的金山,本是一条通往微观世界的大道。胡编解释光电效应是毒药祸害!!!………证明光速不变(全称命题)是胡编!光反射驱动光帆恰恰证伪了光速不变。多普勒效应和红移就是相对光速变化。光子进入引力场比如黑洞必然会加速。迈克尔逊-莫雷实验结果的理解::有质量的光子惯性运动,一点也不奇怪。……光子对实验装置相对速度基本不变,两路速度差极小,地球重力对光子速度影响太小也测不到,近似为惯性系。

  • 2024-07-12 07:51

    最像神的人特斯拉说:一切物质都是光,包括人类。结果百年来没有人相信这句话。最近几十年物理学家证明了这句话是对的,光是组成万物的最基本成份。圣经中上帝在创世纪之初说:要有光。在神巨大的念力下,我们这个世界马上光芒万丈。先有光,后有万物。

    yy 回复:
    你想说上帝就直接说,别把特斯拉搬出来,特斯拉都不相信有上帝[笑着哭]
    尼古拉斯、广坤 回复:
    呵,,,呸!
  • 2024-07-10 11:37

    空间膨胀其实就是一个人正在长大,我们现在处于一个幼儿体内

  • 2024-07-09 23:26

    [得瑟]根据衍射和反射,扭曲光子的东西还是有的,所以光会转圈甚至折返。

  • 2024-07-14 01:35

    我不认可你的说法,我个人认为,这个意大利面就应该拌42号混凝土,因为这个螺丝钉的长度,它很容易会直接影响到挖掘机的扭矩你知道吧,你往里砸的时候,一瞬间它就会产生大量的高能蛋白,俗称UFO,会严重影响经济的发展,甚至对整个太平洋以及充电器都会造成一定的核污染,你知道吧,再者说,根据这个勾股定理,你可以很容易地推断出人工饲养的​东条英​机它是可以捕获野生的三角函数的,你不管秦始皇的切面是否具有放射性还是特朗普的n次方是否含有沉淀物,都不影响这个沃尔玛跟维尔康在南极会合的,懂了么?

  • 2024-07-13 08:54

    特别喜欢这种科普小文

  • 2024-07-14 23:58

    悖论斯坦五大骗术:: ——1.蔑视自然创造反公理假说(骗),由反公理假说演绎方程(骗),号称证明全称假说命题(骗)。 ——2. 三流数学假装物理,创造虚幻数学“物理概念”,破坏基本概念和认知体系。尽搞些莫名其妙的虚幻数学“时空”、虚幻数学“质量”、虚幻数学“能量”。站在不同位置赏月(三维)的是人,看昨天明天日出(四维)的是活鬼(悖论斯坦)。 ——3. 以必然有不确定性的观测精度攻击确定性的引力公理,以认知进化否定绝对真理。以宏观现象为基础的电磁理论描述微观粒子电磁行为明显不足,以太灾难不奇怪,他却借机破坏伽利略变换! ——4. 指鹿为马,指马为鹿,“波粒二象性”,破坏认知自然的最核心根基——确定性。狗都认识自己的主人,不搞二象性。 ——5. 无中生有创造假说(鬼),解释稀奇且无耻于悖论(有效证伪),却要求别人证明没有鬼,搞万能骗术!………水星进动证明的大笑话:—— A.号称公理证明是欺骗。 ——B.忽视了水星的电磁力等等影响因素(1974地外水星探测),居然弄出高精度?不是活见鬼就是见活鬼。

  • 2024-08-20 10:39

    你可以用手电筒对着墙壁照射,关掉,光哪去了?

  • 2024-07-09 21:20

    光不仅是波粒二象性,你看它的时候很正常,说不定你不看它的时候它不知道飞哪去了呢[笑着哭]

  • 2024-07-09 23:41

    光照之下皆为电影,算力之下皆为虚拟。

    sai小光 回复:
    虚拟就是算力而且远超人类
  • 2024-07-09 19:48

    这一切都是假想,只是理论上有可能,真实情况不能直接观测,人无法看到光的本质,也无法看到宇宙的边缘

  • 2024-07-16 16:15

    光的传播不是光子在移动,而是光子在场的作用下一种有序的排列,当光源消失后,场消失了,光子的排列也就乱了

  • 2024-08-04 14:11

    发射出去那些光,会被空气中粉尘杂物遮掩消耗光吗?

  • 2024-07-10 08:05

    我很好奇怎么知道宇宙是在膨胀的[无奈吐舌]

    随风 回复:
    专家吹膨胀了[抠鼻]
    Tree 回复:
    多普勒效应
  • 2024-07-11 16:23

    既然在膨胀,那宇宙外面是什么[哭哭][哭哭],我被这个问题困扰了二十几年了

    和究竟 回复:
    准确来说,宇宙外是更高等级的界天和其它宇宙!但很多个宇宙,还有之外!好像是 无尽邪恶能量,无序混乱。域外天魔和坏蛋的所在。据说是。
    被妖言惑到的众 回复:
    没有宇宙外面这一个说法。不要把宇宙想象成一个球。咱们所认知的空间,大脑内想象的一切是宇宙内产生的,宇宙之外没有空间,所以就没有宇宙外这一说。这有啥可困扰的。
  • 2024-07-13 06:17

    光子没有质量 为何还会被引力捕捉?

    和究竟 回复:
    电场,微电场,万物有电,那也是很神奇的事情。
    和究竟 回复:
    不对。但凡存在,就有质量!想想星辰前身!星尘粉尘团!微存在,也是质量,不过那只是微观世界的质量。也许,暗物质世界的质量,有所奇特!时间时空,才难以言质量。但是,时空间 震荡异常区域,确实有!
  • 2024-07-22 13:31

    发出的光被黑暗溶解了!光明和黑暗是两种能量,正负!一个是付出,一个是吸取!接近光明的人,你会舒适,接近黑暗的人,你会不适 能量从高往低处流动!这是终极大道!权势恶人,在弱势人们面前摆架子,除了阻止能量流出,更是在弱势人们害怕仰望时吸食别人能量!害怕仰慕,崇拜是能量的付出!能量由低处流动到高处!

    和究竟 回复:
    这个论点,非常深度和意思!我喜欢!你有天眼?
  • 2024-08-04 13:57

    远方的你 我放的屁 你闻到了吗?

  • 2024-07-10 10:13

    光都无法逃脱黑洞是什么原理 我完全理解不了[捂脸哭]

  • 2024-07-11 03:46

    如果光速不变,为什么距离足够远的远永远也观察不到呢?[doge][doge]

  • 2024-07-12 07:59

    连大气层都飞不出去就散尽了。

  • 2024-07-11 08:24

    宇宙是以时间的方式存在,还是以空间的方式存在?[doge]

    Cash 回复:
    应该是空间,时间是人赋予的概念
    冰蓝 回复:
    空间动起来,叫时间。空气动起来,叫风。
  • 2024-07-13 14:08

    光要飞行,也要动力吧?[笑着哭][笑着哭]

    蓝色 回复:
    惯性
  • 2024-07-13 03:32

    自媒体这层问题你可要去问宇宙尽头那边的高级动物!地球人能回答你的也就是:假如和如果四个字!

    和究竟 回复:
    有些人还是知道真相的!庸人,根本不敢看,也不敢想这种事!
  • 2024-07-13 11:00

    其实人类有个误区!按照牛顿的能量守恒定律,一束光是不可能无限持续的。那么那些几百亿光年外的光是怎么被地球看到的?另外,所谓的速度,是人类以地球为固定坐标人为设定的产物!但是地球是一直在动,太阳系在动,银河系也在动。所以牛顿最后信神学!宇宙之我何?

    Tree 回复:
    几百亿光年外发出的光又不止被地球看到的,看到的只是很少很少的一部分而已
  • 2024-07-14 05:50

    感谢这片文章,这是我初中高中一直思考而没有答案的一个问题,今天终于闹明白了。

  • 2024-07-16 16:38

    能量被消耗了,这有啥讨论的?[笑着哭]

  • 2024-07-17 12:21

    空间就是时间,空间就是光的本身。

  • 2024-07-26 11:50

    光电转换,变成电子能量飞走啦

  • 2024-08-23 15:18

    能量耗没了吧

  • 2024-07-11 21:42

    我学历低,不懂。!![哭笑不得][哭笑不得][哭笑不得]

  • 2024-07-10 22:36

    可以看下旅行到宇宙边缘,太震撼

  • 2024-07-11 08:49

    玩游戏时,场景的渲染速度必须大于角色移动速度

  • 2024-07-11 05:00

    无所谓 我只在乎能不能随时🦌

  • 2024-07-11 02:32

    那我睡觉关灯后的光去哪了,钻地下去了?

  • 2024-07-10 17:39

    有点类似火影里晓组织里成员里技能里一团水,叫什么硅胶

  • 2024-07-10 16:39

    问题一:难道网宇宙也会变大吧?问题二:宇宙网有宇宙膨胀速度快吗?

  • 2024-07-11 09:48

    为什么不能超越光速啊

  • 2024-07-12 21:48

    不明白

  • 2024-07-15 13:48

    我向夜空摇晃几下强光手电筒,会不会有外星人来找我?

  • 2024-07-18 13:53

    一秒光源?与一秒射手没有差别[呲牙笑]

  • sun 1
    2024-08-08 14:43

    那为什么我们还能看到144亿光年以外的星系呢?既然144亿光年是个限值,那你又是如何知道可观宇宙范围是460亿光年的呢?

  • 2024-08-20 17:04

    被黑洞吞噬。[笑着哭][笑着哭][笑着哭]

  • 2024-08-30 21:43

    关掉手电就消失了[得瑟],真是的,早就知道了