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密闭房间内关灯之后,马上漆黑一片,光线都跑哪里了?

2024-02-11科学

光,有很多特性违背我们的日常生活经验,比如说光速限制,光速不变。同时,光子还有另外一个特性,只要光子不被其他物体吸收,就可以永远存在下去。就像太阳光每天飞行1.5亿公里来到地球,沐浴万物。

太阳光飞行到地球大约需要8分钟时间,也就是说,我们看到的太阳其实是8分钟之前的太阳。如果距离更远,比如说你身在2200光年外的一颗星球上,使用足够强大的天文望远镜,理论上你就能看到地球上的盛景,比如说看到秦始皇。

这里就有一个疑问了,在密闭的房间里,只要把灯闭了,房间里马上会漆黑一片,灯发射出来的光子都到哪里去了呢?

显然,房间里灯发出的光子肯定是被吸收了,不然光子不可能消失。那么具体是怎么回事呢?

先纠正一下我们对光的普遍「错误」认知,其实谈不上错误,更多的只是习惯。平时我们所说的光都默认为可见光,而可见光只是电磁波谱中非常狭窄的一小部分,除了可见光之外,还有范围更大的电磁波谱,比如说无线电,红外线,紫外线,X射线,伽马射线等。

因此,即便密闭的房间里充满了光,但如果不是可见光,而是其他波段的光,比如说红外线,紫外线等,对于我们来讲,房间里仍旧是漆黑一片,因为我们的肉眼无法看到红外线和紫外线。人体每时每刻都在辐射红外线,但我们就是看不到,必须带上红外线眼镜才能看到。

如果把我们换成蜜蜂,对于蜜蜂来讲,房间里就非常明亮,因为蜜蜂可以看到紫外线,所以它们会感觉到光亮。

还有一点,即便是房间里是可见光,关闭开关之后,屋子里也未必马上漆黑一片,当然这只是理论上的可能性。如果房间四周的墙壁并不能完全把可见光吸收掉,那么光子就可以一直在房间里传播,当然就不会漆黑一片。

第三,说白了,密闭的房间是否明亮,其实取决于是否有光子进入到你的眼睛里,被感光细胞接收到并反馈给大脑。

还有很多人很难想到的最后一点。如果你身处密闭的房间,只要灯源的开关处于关闭状态,房间里必然是漆黑一片,因为没有任何可见光传递到你眼睛里。同时,你的眼睛也会吸收光,而光的速度为每秒30万公里,意味着在开关关闭的几乎一瞬间,你的眼球就会吸收掉所有的可见光,房间当然也会马上变暗。

这就意味着,即便房间四周的墙壁包括屋顶材料不吸收光,而是完全反射光线,光也不可能一直反射,不可能让房间里一直保持明亮。

因为要想让房间一直保持明亮,意味着你的眼睛一直要吸收可见光,只有这样你才能感觉到明亮。而你的眼睛吸收可见光,就相当于可见光被你的眼睛「吃掉」了,而且是在一瞬间吃掉的,结果就

是房间里的可见光一瞬间就消失了,自然会变得一片漆黑,而不会一直明亮。

更何况,现实中并不存在能百分之百反射光线的材料,只要不是百分之外反射,哪怕对光的反射率达到99%,可见光也会在一瞬间消失,因为光的速度实在是太快了,在短短一瞬间就会反射很多次,即便每次反射被吸收一点,多次反射后也消耗殆尽了。

那么,假设存在能百分之百反射光线的材料,我们又能够利用这种材料制造出监控机器人,放在密闭的房间里,能不能检测出房间是否一直明亮呢?

答案还是:不可以。因为任何监控设备,原理与我们的眼睛是一样的,都需要吸收光子信息才能检测到是否有光子存在,而一旦吸收光子,可见光也相当于被监控机器人吸收掉了,房间里也会瞬间陷入黑暗。

也就是说,这是一个近乎误解的矛盾。理论上密闭的房间可以一直保持明亮,但我们永远不可能验证是明亮还是黑暗,因为任何验证都需要通过「吸收光子」,不管是用我们的眼睛直接看,还是用检测仪器,都是如此。而光子一旦被吸收,房间当然就会立刻陷入黑暗。

所以,现实中根本无法做这样的实验来验证房间是黑暗还是明亮。不过基于光的基本性质,我们确实知道光子只要没有被吸收,就可以一直存在,可以飞行任何遥远的距离,哪怕是上百亿光年,同样可以被天文望远镜捕捉到。天文学家们可以观测到上百亿光年外的星系,就是接收到了那些星系发出的光。