想象一下,在一个伸手不见五指的漆黑房间里,你打开手电筒股票配资资讯第一门户网站,一道明亮的光束瞬间划破黑暗,照亮了周围的空间。
然而,当你关掉手电筒的那一刻,房间又迅速恢复了之前的黑暗,仿佛那束光从未出现过。
那么,手电筒发出的光究竟去了哪里呢?
简单来说,这些光被吸收了,被房间里的空气分子以及墙壁吸收了。
光,尽管在我们的日常生活中无处不在,却始终笼罩着一层神秘的面纱。回顾人类数千年的科学发展历程,在很大程度上,这就是一部对光的探索史。然而,即便经过了如此漫长的研究,人类至今仍未完全洞悉光的本质。
不过,随着科学的不断进步,我们已经越来越接近光的真相。如今我们知晓,在量子力学的范畴内,光属于规范玻色子,具有独特的波粒二象性。从理论层面而言,光的寿命是无限的。倘若光始终在真空中传播,它便可以永恒存在,不会消失。
而且,光没有静质量,仅具有动质量,并且从诞生的那一刻起就以光速飞行,不存在任何加速过程。通俗来讲,光本质上是一种能量。
要深入理解光为何会被吸收以及具体的吸收机制,我们首先需要深入亚原子世界一探究竟。我们都知道,原子由原子核与核外电子构成。
核外电子处于不同的能级,也就是不同的轨道上,总体可分为基态和激发态。基态的能级最低,也是最为稳定的状态;而激发态的电子不稳定,总是倾向于跃迁回基态。当电子吸收能量,即吸收外来的光子时,就会从低能级跃迁到高能级。
但跃迁到高能级的电子并不稳定,于是会通过释放能量,也就是释放光子的方式,重新跃迁回低能级,直至到达能量最低的基态。由于能量在宇宙中几乎无处不在,电子就这样持续不断地在不同能级之间来回跃迁。
这里存在一种极端情况,如果电子所吸收的能量足够高,它就会跃迁到非常高的能级,直至完全摆脱原子核的束缚,成为自由电子。
在电子跃迁的过程中,总会吸收或者释放出不同能量的光子,而这些不同能量的光子就表现为我们眼中五颜六色的光线。
从理论上讲,电子跃迁释放出来的光子,如果在传播过程中没有遇到任何阻碍,就会一直持续传播下去,直到遭遇阻拦并被吸收。
但在现实世界中,释放出来的光子很快就会被物体吸收。这是因为在现实里,绝对的真空并不存在。即便在看似空无一物的环境中,实际上也充斥着各种宇宙辐射、中微子等微观粒子。
就像在这个漆黑的房间里,手电筒发出的光一旦射出,瞬间就会与周围的空气分子以及房间的墙壁接触,并被它们吸收,所以房间会立刻变得漆黑一片。
理论上,任何物体对光的吸收率都并非百分之百,总会反射一部分光线,房间的墙壁也是如此,不可能完全吸收光线,必然会反射一部分。然而,由于光的传播速度极快,达到了每秒 30 万公里,而房间里墙壁之间的距离不过区区几米。
这就意味着,在一秒钟内,光线会在墙壁之间反射上亿次。即便墙壁每次仅仅吸收极少量的光子,经过如此多次的反射,光线也会在极短的时间内被墙壁完全吸收。
不妨设想一下,如果房间的墙壁是由一种绝对不会吸收光子的材料建造而成,同时房间内是绝对的真空环境。
那么,即使关闭手电筒,房间里也会一直充满光线,不会变暗,因为光线会在墙壁之间持续反射,不会消失。
但遗憾的是,在现实世界中,根本不存在反射光线能力达到百分之百的材料。即便某些材料的反射率非常接近百分之百,例如 99.99%,在光线经过上亿次反射之后,剩余的光线强度也会变得极其微弱,几乎等同于被完全吸收。
在现实中,确实存在反射率相当高的平面镜,其反射率能够达到 99.7%,不过要制造出如此高反射率的平面镜,需要付出极高的成本,普通的平面镜远远无法达到这一水平。即便反射率高达 99.7%,每次反射仅损失 0.3% 的光线,这些光线也几乎会在瞬间被平面镜吸收殆尽。
这实际上通过简单的数学计算就能得出结果:反射 800 次之后,剩余的光线强度就不到初始的百分之十;反射 1500 次之后,仅剩下百分之一的光线。而光线完成 1500 次反射所花费的时间大约只有 0.0001 秒。也就是说,仅仅在 0.0001 秒之后,我们就无法再看到房间里的光线,房间会陷入黑暗。
由于我们人类的肉眼根本无法识别 0.0001 秒这样短暂的时间间隔,所以只会感觉在手电筒熄灭的瞬间,房间就立刻变暗了。但如果我们拥有一台能够将整个过程放慢一百万倍的高速摄像机,就能够清晰地观察到,房间并非是瞬间变暗的,而是经历了一个相对缓慢的过程。
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