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密閉房間內關燈之後,馬上漆黑一片,光線都跑哪裏了?

2024-02-11科學

光,有很多特性違背我們的日常生活經驗,比如說光速限制,光速不變。同時,光子還有另外一個特性,只要光子不被其他物體吸收,就可以永遠存在下去。就像太陽光每天飛行1.5億公裏來到地球,沐浴萬物。

太陽光飛行到地球大約需要8分鐘時間,也就是說,我們看到的太陽其實是8分鐘之前的太陽。如果距離更遠,比如說你身在2200光年外的一顆星球上,使用足夠強大的天文望遠鏡,理論上你就能看到地球上的盛景,比如說看到秦始皇。

這裏就有一個疑問了,在密閉的房間裏,只要把燈閉了,房間裏馬上會漆黑一片,燈發射出來的光子都到哪裏去了呢?

顯然,房間裏燈發出的光子肯定是被吸收了,不然光子不可能消失。那麽具體是怎麽回事呢?

先糾正一下我們對光的普遍「錯誤」認知,其實談不上錯誤,更多的只是習慣。平時我們所說的光都預設為可見光,而可見光只是電磁波譜中非常狹窄的一小部份,除了可見光之外,還有範圍更大的電磁波譜,比如說無線電,紅外線,紫外線,X射線,Gamma射線等。

因此,即便密閉的房間裏充滿了光,但如果不是可見光,而是其他波段的光,比如說紅外線,紫外線等,對於我們來講,房間裏仍舊是漆黑一片,因為我們的肉眼無法看到紅外線和紫外線。人體每時每刻都在輻射紅外線,但我們就是看不到,必須帶上紅外線眼鏡才能看到。

如果把我們換成蜜蜂,對於蜜蜂來講,房間裏就非常明亮,因為蜜蜂可以看到紫外線,所以它們會感覺到光亮。

還有一點,即便是房間裏是可見光,關閉開關之後,屋子裏也未必馬上漆黑一片,當然這只是理論上的可能性。如果房間四周的墻壁並不能完全把可見光吸收掉,那麽光子就可以一直在房間裏傳播,當然就不會漆黑一片。

第三,說白了,密閉的房間是否明亮,其實取決於是否有光子進入到你的眼睛裏,被感光細胞接收到並反饋給大腦。

還有很多人很難想到的最後一點。如果你身處密閉的房間,只要燈源的開關處於關閉狀態,房間裏必然是漆黑一片,因為沒有任何可見光傳遞到你眼睛裏。同時,你的眼睛也會吸收光,而光的速度為每秒30萬公裏,意味著在開關關閉的幾乎一瞬間,你的眼球就會吸收掉所有的可見光,房間當然也會馬上變暗。

這就意味著,即便房間四周的墻壁包括屋頂材料不吸收光,而是完全反射光線,光也不可能一直反射,不可能讓房間裏一直保持明亮。

因為要想讓房間一直保持明亮,意味著你的眼睛一直要吸收可見光,只有這樣你才能感覺到明亮。而你的眼睛吸收可見光,就相當於可見光被你的眼睛「吃掉」了,而且是在一瞬間吃掉的,結果就

是房間裏的可見光一瞬間就消失了,自然會變得一片漆黑,而不會一直明亮。

更何況,現實中並不存在能百分之百反射光線的材料,只要不是百分之外反射,哪怕對光的反射率達到99%,可見光也會在一瞬間消失,因為光的速度實在是太快了,在短短一瞬間就會反射很多次,即便每次反射被吸收一點,多次反射後也消耗殆盡了。

那麽,假設存在能百分之百反射光線的材料,我們又能夠利用這種材料制造出監控機器人,放在密閉的房間裏,能不能檢測出房間是否一直明亮呢?

答案還是:不可以。因為任何監控器材,原理與我們的眼睛是一樣的,都需要吸收光子資訊才能檢測到是否有光子存在,而一旦吸收光子,可見光也相當於被監控機器人吸收掉了,房間裏也會瞬間陷入黑暗。

也就是說,這是一個近乎誤解的矛盾。理論上密閉的房間可以一直保持明亮,但我們永遠不可能驗證是明亮還是黑暗,因為任何驗證都需要透過「吸收光子」,不管是用我們的眼睛直接看,還是用檢測儀器,都是如此。而光子一旦被吸收,房間當然就會立刻陷入黑暗。

所以,現實中根本無法做這樣的實驗來驗證房間是黑暗還是明亮。不過基於光的基本性質,我們確實知道光子只要沒有被吸收,就可以一直存在,可以飛行任何遙遠的距離,哪怕是上百億光年,同樣可以被天文望遠鏡捕捉到。天文學家們可以觀測到上百億光年外的星系,就是接收到了那些星系發出的光。