Куда исчезают фотоны, когда вы выключаете свет в комнате.

Наблюдая за звездами, мы видим свет, зачастую излученный ими тысячи лет назад. Но что происходит со светом, который излучает обычная лампочка? Что с ним случается в момент, когда мы щелкаем выключателем? Попробуем разобраться.

Свет — довольно простая штука. Он проходит практически бесконечные расстояния через огромное, зачастую пустое межзвездное и межгалактическое пространство, ни с чем не сталкиваясь.

Космос, в свою очередь, — уникальный случай: в промежутках между массивными объектами свет путешествует практически через абсолютный вакуум. Факт движения света в такой вакуумной среде означает, что возможность его столкновения с чем-либо крайне мала. Именно поэтому ему просто преодолевать невероятные расстояния, ведь ничего не преграждает путь.

Итак, что же случится, если что-то помешает свету? У него есть два варианта — отражение или поглощение. Мы неплохо знакомы с первым, так как видим отражение в зеркале именно благодаря физике этого явления. Это происходит каждый раз, когда свет сталкивается с гладкой поверхностью, с его точки зрения. То, насколько гладкой должна быть для этого поверхность, зависит от длины волны света. Так, оптическому свету нужна более гладкая поверхность для чистого отражения, чем радиоволнам, чьи волны гораздо длиннее.

Куда исчезают фотоны, когда вы выключаете свет в комнате. Физика, Наука и техника, Свет, Фотон, Длиннопост

Снимок Hubble Ultra Deep Field (HUDF), на котором изображено около 10 тысяч галактик. Свет от самых маленьких, самых красных галактик на снимке (около 100 объектов) летел через космос почти 13 миллиардов лет / © NASA/ESA/Hubble Space Telescope


Второй вариант — поглощение. Благодаря этому процессу камни нагреваются на Солнце. Они постепенно впитывают солнечный свет, энергия которого нагревает их поверхность. Любой свет может быть поглощен, а не только его инфракрасная (тепловая) часть. Плохое зеркало может впитать достаточно света, чтобы ваше отражение выглядело как едва различимый образ. Тепло от электрической лампочки сегодня почувствовать сложнее, так как их производят таким образом, чтобы энергия была максимально использована для освещения, которое помогает нам видеть в темноте.

Итак, когда лампочка зажжена, она выделяет фотоны, которые разлетаются во все стороны по комнате и сталкиваются с каждым объектом в ней. Эти объекты поглощают большую часть врезающихся фотонов, но также отражают некоторые из них, что, по сути, позволяет нам видеть вещи в комнате. Когда лампочка выключена, новые фотоны больше не излучаются, а те, что еще находятся внутри комнаты, отражаются от объектов бесчисленное количество раз, пока не будут поглощены полностью. Но подробнее об этом — ниже.

Если на уроках физики в школе вы были достаточно внимательны, когда учитель объяснял основы оптики (или если вы увлекаетесь физикой элементарных частиц), то, скорее всего, знаете, что свет состоит из миллионов мельчайших частиц, известных как фотоны. Эти фундаментальные частицы переносят все виды электромагнитного излучения, включая радиоволны, ультрафиолетовые волны, микроволны и, конечно, видимый свет.

Когда вы заходите в комнату и включаете лампу, она тут же заполняется светом. А если точнее, то комната наполняется триллионами фотонов, которые помогают нам видеть все, что находится в в ней. Но куда девается свет, когда вы выключаете лампу? Что происходит с миллиардами фотонов в комнате? Они куда-то исчезают или просто перестают существовать?

Прежде чем ответить на эти вопросы, освежим в памяти основные концепции.

Фотоны: элементарные частицы, переносящие свет

Возможно, вы уже в курсе, что видимый свет — это вид электромагнитного излучения и небольшая часть электромагнитного спектра , в который входят радиоволны, инфракрасное излучение, ультрафиолетовое излучение, гамма-излучение и так далее.

Куда исчезают фотоны, когда вы выключаете свет в комнате. Физика, Наука и техника, Свет, Фотон, Длиннопост

Электромагнитный спектр.

Фотон — самая фундаментальная частица любого типа электромагнитного излучения, будь то радиоволны, переносящие сигналы Wi-Fi, микроволны, разогревающие еду в микроволновой печи, или же видимый свет, который помогает нам видеть окружающий мир. С массой покоя, равной нулю, фотон движетсяна скорости почти 300 тысяч километров в секунду в вакууме (это, в свою очередь, и есть скорость света).

Как фотоны освещают вещи

Источник света — например лампа, — находящийся в комнате, испускает миллионы фотонов, разлетающихся во всех направлениях, когда его включают. Так как лампа находится в комнате (то есть в закрытом пространстве), испускаемые ею фотоны сталкиваются со всем, что находится у них на пути, тем самым освещая все в комнате.

Куда пропадают фотоны, когда источник света выключается

Пока лампа светит, комната получает постоянный поток фотонов. Из всего бесчисленного количества фотонов, врезающихся в находящийся в комнате объект (например, стол), некоторые будут поглощены, а другие отразятся и потеряют часть энергии в процессе. Эти отраженные фотоны столкнутся еще с чем-то в комнате и потеряют еще сколько-то энергии. По сути, фотон будет продолжать отскакивать от объектов до тех пор, пока какой-то из них его не поглотит.

Таким образом, комната остается освещенной столько, сколько работает лампа. Однако, как только вы ее выключите, все очень быстро изменится.

Фотоны, испущенные до выключения лампы, продолжат отскакивать от объектов до тех пор, пока находящиеся в комнате предметы их полностью не поглотят. И это успевает произойти всего за долю миллисекунды.

Если бы лампа продолжала светить, быстрое поглощение этих фотонов ничего бы не изменило, так как она бы постоянно испускала новые порции фотонов в комнату. Но, как мы уже выяснили, когда лампа выключается и новые фотоны больше не испускаются, объекты в комнате поглощают испущенные ранее фотоны. Их энергия используется для нагревания поглотивших их объектов, так как, согласно первому закону термодинамики, энергия не может быть создана или уничтожена, она лишь переходит из одного процесса в другой.

Все это — испускание фотонов лампой, их отражение и поглощение другими объектами — происходит примерно за одну миллионную секунды. Это необычайно быстро, чтобы человек мог воспринять или хотя бы составить об этом явлении сколь-нибудь удобоваримое представление. Именно поэтому комната погружается во тьму, когда выключается свет.

Возвращаясь к тому, о чем мы говорили в начале статьи, заметим, что в открытом космосе ситуация была бы несколько иной. В отличие от выключения света в комнате на Земле, фотоны, испущенные в открытом космосе, долго продолжали бы свое движение через бесконечный вакуум, прежде чем столкнуться с чем-либо.

©https://vk.com/sciencehall

Наука | Научпоп

7.7K поста78.5K подписчиков

Добавить пост

Правила сообщества

Основные условия публикации

- Посты должны иметь отношение к науке, актуальным открытиям или жизни научного сообщества и содержать ссылки на авторитетный источник.

- Посты должны по возможности избегать кликбейта и броских фраз, вводящих в заблуждение.

- Научные статьи должны сопровождаться описанием исследования, доступным на популярном уровне. Слишком профессиональный материал может быть отклонён.

- Видеоматериалы должны иметь описание.

- Названия должны отражать суть исследования.

- Если пост содержит материал, оригинал которого написан или снят на иностранном языке, русская версия должна содержать все основные положения.


Не принимаются к публикации

- Точные или урезанные копии журнальных и газетных статей. Посты о последних достижениях науки должны содержать ваш разъясняющий комментарий или представлять обзоры нескольких статей.

- Юмористические посты, представляющие также точные и урезанные копии из популярных источников, цитаты сборников. Научный юмор приветствуется, но должен публиковаться большими порциями, а не набивать рейтинг единичными цитатами огромного сборника.

- Посты с вопросами околонаучного, но базового уровня, просьбы о помощи в решении задач и проведении исследований отправляются в общую ленту. По возможности модерация сообщества даст свой ответ.


Наказывается баном

- Оскорбления, выраженные лично пользователю или категории пользователей.

- Попытки использовать сообщество для рекламы.

- Фальсификация фактов.

- Многократные попытки публикации материалов, не удовлетворяющих правилам.

- Троллинг, флейм.

- Нарушение правил сайта в целом.


Окончательное решение по соответствию поста или комментария правилам принимается модерацией сообщества. Просьбы о разбане и жалобы на модерацию принимает администратор сообщества. Жалобы на администратора принимает @SupportComunity и общество Пикабу.

Вы смотрите срез комментариев. Показать все
5
Автор поста оценил этот комментарий

Возможно построить такое помещение, стены которого не будут поглощать фотоны вообще? При выключении лампочки там всегда будет светло?

раскрыть ветку (19)
12
DELETED
Автор поста оценил этот комментарий

Да, но ты этого никогда не увидишь, т.к. чтобы ты увидел свет твоя сетчатка должна поглощать фотоны, а значит они бы быстро закончились бы.

То же самое с любыми пленками, матрицами камер и т.д.

Ну и нахрена нужна такая "вечно освещенная комната?"

:)

раскрыть ветку (16)
1
Автор поста оценил этот комментарий
Ну и нахрена нужна такая "вечно освещенная комната?"

Естественно для хранения информации или энергии.

раскрыть ветку (4)
1
DELETED
Автор поста оценил этот комментарий

Энергии? Свет запасать ведрами? Ну такое.

Информации? С однократным считыванием и применением фантастических "идеальных" материалов и механизмов? Нет ни смысла, ни возможности.

:)

раскрыть ветку (3)
Автор поста оценил этот комментарий

Эх, не разглядели вы потенциал этой "комнаты". Попробую объяснить: если в этой "комнате" отражается 100% света (электромагнитных волн) - значит там можно хранить бесконечное количество энергии. Проблема хранения энергии - это самая передовая проблема для любой энергетики, для всего человечества.

На счёт информации: допустим информацию, которую несут электромагнитные волны по оптоволоконному кабелю можно будет запульнуть в эту "комнату", и эта информация может храниться там вечно, а потом так же само подключить тот же кабель и считать её.

Вообще, давным-давно где-то читал, что учёным удалось поймать и удержать в чём-то свет, а потом выпустить без потерь. Но что то заглохла тема, а так да, "комната" была бы прорывом.

раскрыть ветку (2)
DELETED
Автор поста оценил этот комментарий

Не, круто конечно, вот только создание надежного карманного ядерного реактора кажется более реальной задачей, чем создание абсолютного отражающего материала, и заслоночки, ну той, что дырку будет за впущенным светом прикрывать, кстати эта заслоночка должна со скоростью близкой к скорости света закрываться.

Если жонглировать такими допущениями, то хрен ли мелочиться-то - демон Максвелла давно придуман, сажай его и вот тебе "вечная" батарейка.

:)

раскрыть ветку (1)
Автор поста оценил этот комментарий

Ладно, уговорил - буду мечтать о карманном ядерном реакторе)

1
DELETED
Автор поста оценил этот комментарий

т.е. мои глаза поглощают фотоны? А если надеть очки  с отражающим эффектом и одежду?

раскрыть ветку (10)
18
Автор поста оценил этот комментарий
В очках с отражающим эффектом ты, соответственно, не увидишь ничего вообще)
раскрыть ветку (5)
1
DELETED
Автор поста оценил этот комментарий

если я надену маску, которая полностью отражает свет и резко ее там сниму, то  я увижу яркую вспышку?

раскрыть ветку (4)
2
Автор поста оценил этот комментарий
Если снимешь ее быстрее скорости света, что тоже проблематично
раскрыть ветку (3)
2
DELETED
Автор поста оценил этот комментарий

а причем здесь скорость света? Мой моск не просигнализирует мне о многочисленных фотонах которые ударилис мне в глаз если я сниму маску медленнее скорости света?

раскрыть ветку (2)
Автор поста оценил этот комментарий
Если медленнее - фотоны поглатятся частью лица, которая ниже глаз (или выше, смотря как снимать маску)
раскрыть ветку (1)
5
DELETED
Автор поста оценил этот комментарий

я нашёл решение

Иллюстрация к комментарию
7
Автор поста оценил этот комментарий

Более того, если бы человек-невидимка существовал, он был бы абсолютно слепой. Потому что свет пролетал бы сквозь его глаза без задержки и поглощения.

раскрыть ветку (1)
1
Автор поста оценил этот комментарий

Яков Перельман "Занимательная физика"

2
Автор поста оценил этот комментарий
А если надеть очки с отражающим эффектом

То ничего не увидишь, если речь о таком же суперотражающем материале, как стены этой комнаты.

1
DELETED
Автор поста оценил этот комментарий

Если твои очки будут отражать 100% фотонов, то ты нихера не увидишь.

Если только часть, то процесс поглощения займет не 1 охулиардную часть секунды, а в полтора раза больше например.

И да, твои глаза безусловно поглощают фотоны.

2
Автор поста оценил этот комментарий

Да. Но проверить это не получится.

Автор поста оценил этот комментарий
Нет, все фотоны поглотятся наблюдателеи.
Вы смотрите срез комментариев. Чтобы написать комментарий, перейдите к общему списку