白天将光装进袋子里,晚上打开怎么不见了,它到哪里去了?
这是本是一个常识的问题 , 过去就讨论过 , 许多人还是一直闹不明白 。 其实许多人都知道 , 不管用什么容器也装不住光 , 但这个问题的实质就是:光为什么装不住呢?
理论上 , 可以像装水一样把光也装起来
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如果装水的容器能够做到滴水不漏 , 那这水就可以永远保留 。 就像有人藏在地窖里的酒 , 过了50年 , 那瓶酒还在那 , 而且越来越香醇 。
不过酒又并非完全是水 , 而是水和乙醇的混合物 , 乙醇挥发升华比水大多了 , 因此要求容器密封度就更高 , 但存久了 , 再密封的坛子也会跑掉一些 。
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理论上如果有一个光子都不漏的容器 , 将光装在这样的容器里 , 就可以永久保存 。 不过光可不比水 , 也不比酒精 , 其又小又轻逃跑的速度又快 , 要找到能够装光的容器就不可能像装水那么容易了 。
那么 , 我们这个世界上存在“滴光不漏”地装住光的容器吗 , 我们耐心地看下去就知道了 。
光的基本性质
光是我们日常眼睛可以看到一切的媒介 , 也是一个物理学名词 。 没有光 , 我们的眼睛就白长了 , 就成了睁眼瞎 。 光的本质是一种处于特定频段的光子流 , 光源之所以发出光 , 是因为其电子获得额外能量 , 以波的形式释放能量 。
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光具有波粒二象性 , 即它即是粒子 , 也就是光量子 , 统计学意义上又是以波的方式运动 , 就是大量光子运动呈现出波的状态 。 光没有静止质量 , 静质量为零 , 但有能量、动量、动质量 。 根据爱因斯坦质能方程 , 可以计算出光子的动质量 。
质能方程可推导光子动质量:E=mc^2=hv;由此光子动质量m=(hv)/c^2 。 这里的m为光子质量上限 , h表示普朗克常量(h≈6.626*10^-34J·s或4.136*10^-15eV·s) , v表示任意电磁波的频率 , c为光速 。 就是说光子频率越高 , 其质量越大 。
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光子一出生就不会停住 , 而是以每秒约30万千米的速度运动(真空光速);光子的体积上没有定论 , 但可以认为是已知世界最小的 , 大于普朗克尺度(1.6*10^-35m);光子是四大基本力中电磁相互作用力的媒介 , 也就是说电磁力是依靠光子来传播的 。
光子可以与任何参与电磁作用力的物质发生作用 , 通过与各种物质交互作用后发生吸收、反射、折射、衍射 , 我们才能够发现各种各样的物体 , 以及这些物体的颜色 。 目前唯一不发生作用的就是暗物质 , 因此迄今人们无法知道暗物质是什么样子 。
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光其实就是电磁波 , 包括无线电波(长波、中波、短波、微波)、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等等 , 它们都是依靠光子为传播媒介 , 因此都是光在不同波段和频率的表现 。 而我们今天讨论的光 , 主要是指可见光 , 就是我们肉眼能够看到的光 , 波段约在380nm~780nm之间 。
什么“罐子”能够装住光?
根据光和光子的性质 , 我们就可以推断出要装住光而又不“贪污”材料 , 需要具备以下几个性质:不带电、不吸收光子、极度密封 。 要做到这几点 , 这个容器就必须用非我们认知的物质制造 , 而且这种物质要对光反射率达到100% , 密封度要不能漏掉1个光子 。
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【白天将光装进袋子里,晚上打开怎么不见了,它到哪里去了?】这种材料在我们世界是不存在的 。 因为所有我们认识的物质都是由原子组成 , 而原子都由带正电的质子和带负电的电子组成 , 光子都能够与这些物质发生作用 , 所以“贪污”现象是不可避免的 。
简单地说 , 这个容器只需要做到两点 , 一是找到或制造出全反射的物质;二是用这种物质做成一个没有任何隙缝的容器 。 可惜这两点也做不到 。
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而朋友们用所谓袋子装住光就更是把问题想得太简单了 。 你是用什么袋子呢?牛皮袋还是面粉布袋?或者是反光塑料袋?这类袋子一接触光 , 光子就都与组成袋子的带电粒子发生作用 , 转化为能量了 。 因此袋子对着太阳晒 , 就会发热 。
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