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回顧:一束光線的命運!當關閉手電筒光源後,光線消失還是繼續傳播?

2024-10-18科學

綜述

小時候我們跟夥伴經常會玩這樣一個遊戲,就是把手電筒對著漆黑的夜空,想看這些光到底能夠照到多遠的地方,但是因為眼睛能夠看到的距離有限,所以這些光的去向也就消失在半路上,不能被我們捕捉到了,這也給我們造成了一種印象,好像光其實並不能走很遠。

但事實並非如此,每一束從地球上射出去的光,都會繼續在時空中運動,甚至可能就是很久以後我們的後人在夜空中看到的某一點亮光,那麽這個過程到底是什麽樣的呢?

光到底是什麽?

在電力發電實作之前,地球上的光線主要都來自太陽,人類創造的光線則基本上來自火源,那個時候的人對於光這種存在的認識要麽沒有,要麽停留在非常理念的層面,幾乎沒有人從科學研究的角度把它作為一種物質來理解和探索。

一是 太陽光和火光實在是太普遍了 ,它廣泛地存在於我們的生活當中,而越是這樣,人們就越會忽視它的存在。

但是也有一些極具科學精神的人開始用一些特殊的手段來分析光所具有的性質,學過中學物理的我們都知道光最基本的一個特征,那就是 沿直線傳播。

現代物理實驗要想證明這一點非常簡單,而有記載的第一個實驗其實可以追溯到兩千多年前的戰國時代,而操作者就是我們非常熟悉的哲學家 墨子 ,他也是已知最早發明 小孔成像 這個實驗方法的科學家。

實驗形式非常簡單,就是把一塊帶有小孔的不透明擋板放在實驗物體和墻面之間,同時在這個物體後面設定一個光源,讓它的影子可以出現在擋板和墻面上。但是因為擋板受到了光線的照射,而且材質不透明,所以物體的影子只能從小孔的部份到達墻面。

實驗的結果我們都知道 ,最終墻面上出現的是一個完整的但是剛好倒過來的物體的成像 ,這個時候如果你緩慢地向前或者向後移動這塊擋板,就會看到影像的大小也會隨之改變,正是從這個實驗中,我們得到了光沿直線傳播的結論。

但是這只是關於光的性質中非常基礎的一個,而且從物質組成的角度上,人們還是無法解釋光到底是什麽,直到近現代物理科學發展起來,光的本質才慢慢得到了更多的研究和揭示。

盡管光在人類看來是看得見摸不著的、沒有實體的存在,但是它其實和大多數的物體一樣,都是 粒子 組合的結果。比如手電筒裏面射出來的光,其實就是一堆電子在某種能量的催動下在同一時間開始運動的結果,在人的肉眼裏呈現出來,就是一束束圓柱形狀的光線了。

一束光的命運

那麽這些光在進入空間中之後,到底是像我們看到的那樣在半路就消失了,還是能夠傳播到更遠的地方,這個過程又是什麽樣的呢?

我們上面已經提到,手電筒裏面射出來的光其實就是 大量電子聚集稱的光子流 ,當我們開啟開關的瞬間,電池裏的能量就會以特定的頻率釋放出來,我們是實實在在地在操作一種物質的運動。

就好像一個裝滿了螢火蟲的裝置,只要我們把裝置的出口開啟,這些發光的螢火蟲就會一湧而出,出現在我們的視野當中,只不過手電筒是以光束的形態表現出來。

所以說, 即便我們把手電筒關上了,這些光子流並不會因此消失 ,它們是獲得自由的螢火蟲,會繼續在空間中進行自己的運動。

我們之所以看不見,是因為人類的肉眼能夠捕捉的範圍有限 ,如果你有一台專業的觀測裝置,就會看到這些光束像流星一樣還在天空中前進著。

這個前進的過程會遵循這樣幾個不變的特征,首先,光始終都會沿著直線傳播,這是光學研究已經確定的事實,無論是自然光還是人造光,它們的真實軌跡一直都是直線。

比如太陽光,雖然看上去它很柔和,看不出什麽紋路,但是只要認真觀察我們周圍的各種現象,就會發現它其實也一樣,最簡單的例子就是 陽光下的陰影 ,正因為它是直線,我們才能看到等比例縮放的影子,否則應該是像哈哈鏡一樣,十分不規則才對。

其次, 光的傳播形式是波 ,這裏的波並不是指它的路徑,否則就跟直線矛盾了,所謂的波其實說的是 光的表現形式

在一個完整的光束當中,所有的電子都處在不斷的運動當中,而這個運動就像我們人呼吸一樣,是有一個 均勻的頻率 的,如果這些電子的運動頻率高,那麽一般來說波長就越短,從而表現出不一樣的顏色,像我們很熟悉的七色光就是因為波長的差異造成的。

一束光線從我們的手電筒離開之後,會在空間中繼續存在,理論上講,從地球上射出一道光,也許會在數萬年後出現在另外一個星球上空,即便不再是最初的樣子,也只是將能量轉變為其它形式而已。

結語

所以說,光在我們的眼睛當中消失並不意味著光本身也消失了,一束光的命運是由它自身決定的,射出那道光的孩子就像一個無心的播種人,至於這顆種子最後會如何生長,或者隨風去到哪裏,已經不是我們能夠左右的了。