宇宙空间|既然光子永存,为什么在封闭的室内一关灯,屋子就黑了?
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光子没有静止质量 , 从诞生的一刻起 , 便以光速在进行运动 , 而且只要光子不被吸收、不被阻挡 , 那么它将按照原有的方向一直传播下去 。
通过天文观测 , 我们可以看到几光年、几十光年 , 甚至是几百光年以外的天体 , 这些遥远天体的光芒跨越漫长的时空进入我们的眼帘 , 向我们展示着这些天体几年前、几十年前 , 甚至是几百年前的样子 。 反过来也是一样 , 如果此时我们正站在一颗距地球2200光年以外的星球上观测地球 , 只要我们的观测设备足够先进 , 观测到的景象足够清晰 , 那么我们就可以亲眼看到始皇帝登基的情景 , 因为携带这些情景的光子经历了2200多年的时间跨越了广袤的宇宙空间进入了我们的眼帘 。 宇宙是几近真空的 , 所以没有任何物质可以阻挡和吸收光子 , 所以光子才能够完成长途跋涉之旅 , 直至宇宙的边缘 。
【宇宙空间|既然光子永存,为什么在封闭的室内一关灯,屋子就黑了?】宇宙有边缘吗?也许有、也许没有 , 但无论有与没有 , 光子在宇宙中都是永存的 , 因为它永远无法撞上宇宙的边缘 。
宇宙诞生于138亿年以前 , 而可视宇宙的半径为465亿光年 , 这个范围就被我们称之为可观测宇宙 。 而在可观测宇宙之外是我们永远无法看到的区域 , 因为在那个区域之外 , 宇宙膨胀的速度远超光速 , 所以光子永远无法追上空间膨胀的速度 , 来到我们的眼前 。
可观测宇宙的半径虽然为465亿光年 , 但是在140多亿光年以外的地方 , 空间的膨胀速度就已经超越光速了 , 原因就在于天体发出的光子在向我们传播的同时 , 天体本身也在因宇宙空间的膨胀而远离我们 , 所以当我们看到一个天体的时候 , 这个天体实际的位置其实已经比我们所看到的位置离我们要远得多了 , 而我们要知道它们所处的真实位置也并不困难 , 只要通过光的多普勒效应 , 就可以计算而出 。
在140多亿光年以外 , 宇宙空间的膨胀速度就已经超越了光速 , 而在更远的位置上 , 膨胀速度就更是快得没边了 , 所以以光速运行的光子永远也不可能撞上宇宙的边缘 , 因此它们会在宇宙中永恒存在下去 。
既然光子是永存的 , 那么理论上如果我们处于一个封闭的房间 , 当我们关上灯之后 , 光子应该不会消失 , 那么屋子为什么黑下来了呢?光子从诞生的一刻起 , 就在以光速运行 , 并且也只能以光速运行 , 所以关上灯之后 , 光子会在四周的墙壁上不断反射 , 不过反射的并不是全部 , 其中有很大一部分被墙壁所吸收了 , 随着反射次数的增加 , 被吸收的光子越来越多 , 直至全部消失 , 屋子也就漆黑一片了 。
如果我们用高反射率的镜面来建造房屋 , 关灯之后 , 屋子是否能够依旧灯火通明呢?
不能 , 因为在现实世界中没有反射率为100%的材料 。 在常见的材料之中 , 镜面银的反射率算是比较高的 , 总体反射率在95%左右 。 我们不使用镜面银 , 我们使用一种假想的高反射率材料来进行一个思想实验 , 假设我们有一种反射率99.9%的材料 , 我们用它建造一个边长为5米的房间 , 那么当我们关上灯的一刻会怎么样呢?仍然会漆黑一片 。
虽然这种材料对于光的吸收率只有0.1% , 但光的运动速度可是每秒30万公里 , 1秒钟光在屋子里反射的次数将会是一个天文数字 , 虽然每次反射只损失0.1% , 但全部吸收掉也用不了0.001秒 。
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