拿手电照向太空,这些光最终都去哪里了?真的会到达宇宙边缘吗?

5楼的男人 2024-11-09 21:44:41

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薄,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薄,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!

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评论列表
  • 2024-11-13 22:09

    为什么星星那里发出的一点点光子却在望远镜看来是完整的一颗恒星?

    5楼的男人 回复:
    隔得太远的话,看到的是一个星系,而不是一颗恒星,在太阳系附近的可以看到恒星,太阳的话,就看不到了