手電筒向夜空照一秒再關掉,發出的光哪去了?它們能飛到宇宙的盡頭嗎?

魅力科學君 2024-07-09 18:13:37

如果我們打開手電筒向夜空照一秒再關掉,我們將會看到,在關掉手電筒的一瞬間,手電筒發出的光束也會消失,那麽,它發出的光哪去了呢?下面我們就來聊一下這個話題。

實際上,我們看到的光束,其實是手電筒發出的光子遇到空氣中的微粒(如塵埃、煙霧、微小水滴等等)所發生的散射現象,而在手電筒關掉之後,由于沒有光子繼續進入我們的眼睛,所以在我們看來,手電筒發出的光束就消失了。

也就是說,在手電筒關掉之後,其之前發出的大部分光子仍然在沿著原有的路徑繼續傳播,由于地球大氣層中的主要氣體(氮氣和氧氣)對可見光是透明的,而手電筒發出的光線主要集中在可見光波段,因此在較爲理想的情況下(晴朗少雲,空氣中雜質少、透明度高),一部分光子就有可能直接穿過地球的大氣層,進入到茫茫的宇宙空間。

我們知道,光子是具備波粒二象性的,也就是說,它們既具備“波動性”,也具備“粒子性”。

從“波動性”這方面來講,光子其實就是量子化的電磁波,根據麥克斯韋電磁場方程組,變化的電場會在空間中激發出磁場,變化的磁場又會在空間中激發出電場,如此反複地交替變換,就形成了電磁波。

由于這種交替變換是不會消耗能量的,而電磁場也可以存在于真空,並且其建立速度爲光速,因此光子就可以一直在宇宙空間中以光速傳播,不需要額外的動力。

從“粒子性”這方面來講,光子其實是一種靜止質量爲零的基本粒子,根據狹義相對論,靜止質量爲零的粒子只能以光速運動,在此基礎上,再加上光子的半衰期是無限長的,因此光子就可以一直在宇宙空間中以光速傳播,不需要額外的動力。

由此可見,無論是從“波動性”還是“粒子性”來分析,我們都可以得出這樣一個結論,即:對于手電筒發出的那些已經進入宇宙空間的光子而言,只要沒有受到阻礙,它們就可以一直在宇宙空間以光速傳播下去。

需要知道的是,宇宙的空曠程度遠超我們的想象,根據科學家的估算,從整體上來講,宇宙中物質的平均密度大概相當于每立方米存在著6個質子,而這也就意味著,當光子在宇宙空間中傳播時,其遇到障礙的概率其實是非常非常低的。

在此基礎上,再加上手電筒發出的光並不是平行光,隨著傳播距離的增加,其發出的光子也會越來越分散,因此我們有理由相信,這些光子中有一部分會無休無止地在宇宙空間中傳播。那如果真是這樣的話,它們能飛到宇宙的盡頭嗎?很遺憾,答案是否定的。

宇宙到底有沒有盡頭?這其實是一個懸而未決的問題,有人認爲宇宙是無邊無際的,也有人認爲宇宙是有盡頭的,很明顯,如果宇宙是無邊無際的,那“飛到宇宙的盡頭”這樣的說法也就沒有了意義,另一方面來講,即使宇宙真的有盡頭,這些光子也無法飛到那裏,爲什麽呢?我們接著看。

科學家早已發現,宇宙是處于一種持續膨脹的狀態,這種現象就會使那些遙遠的天體都會具備一個遠離我們而去的速度。

這種速度被稱爲“退行速度”,從理論上來講,一個天體與我們的距離越遠,其“退行速度”就越快,這可以用一個簡單的公式“v = Hr”來進行描述,其中的r代表天體與我們的距離,H代表一個常數。

這個常數被稱爲“哈勃常數”,它描述的是宇宙的膨脹速率,在過去的日子裏,科學家已經估算出“哈勃常數”的數值約爲67.80(±0.77)公裏/秒/百萬秒差距,這裏的“百萬秒差距”是一個距離單位,換算下來大約是326萬光年。

需要知道的是,“退行速度”的本質其實就是天體在空間擴張的帶動下遠離我們的速度,而不是天體在空間中的運動速度,因此“退行速度”並不會受到狹義相對論的限制,而這也就意味著,當距離超過一個臨界距離時,天體的“退行速度”就可以超過光速,根據上述公式我們可以計算出,這個臨界距離大約爲144億光年。

正如前文所言,光子是以光速傳播的,顯而易見的是,光速是無法追上超光速的,而這也就意味著,即使手電筒發出的一部分光子能夠在宇宙空間中無休無止地傳播,它們也永遠“追”不上144億光年之外的天體,在這種情況下,它們就永遠無法飛到宇宙的盡頭,畢竟僅僅是可觀測宇宙,其半徑就有大約460億光年。

(注:可觀測宇宙的半徑是根據光速、宇宙的年齡以及宇宙膨脹速率計算出的結果)

33 阅读:14002
评论列表
  • 2024-07-11 16:40

    宇宙那麽大 他賣我兩萬一平?

    飛天男孩979 回覆:
    火星上五毛一平方,你給我錢自己上去就行了,一萬平起售,最高數量不限。
    打打怪獸喝喝茶 回覆:
    努力[呲牙笑]
  • 2024-07-09 21:27

    我就是這樣跟外星人聯系交流的

    周星星同學 回覆:
    青山精神衛生中心已爲您留好床位,速來辦理入院手續!
    我提供能量反應 回覆:
    你厲害[點贊][點贊]
  • 2024-07-09 23:52

    爲何只有光子能夠相對高速長距離飛行?幾乎是永動機??? 慣性運動到處存在,光子是相對高速慣性運動天才。質量和力支配宏觀和微觀的一切運動,不可能有兩套規則。物質多以原子形式存在,在適宜的條件下,慣性運動幾乎是永恒的。宇宙間地球軌道運動,原子內部電子光子軌道運動。。。光子擁有可穿越的廣闊真空(原子內部真空遍布),原子的運氣差很多,大于原子的真空少得多。 光子論文 photon energy and photon behavior discussions ———電子質子破碎在強大電斥力作用下加速到光速,真空光速由電子質子表面電勢決定。粒子雙縫幹涉條紋太簡單了,都是必然!!!電子光子都是帶電的。材料邊緣宏觀電中性,亞原子微觀有正電區也有負電區,受引力的和受斥力的大量光子當然會分裂成條紋。邊緣衍射是同樣的道理。

    三觀巨正一個人 回覆:
    我不認可你的說法,我個人認爲,這個意大利面就應該拌42號混凝土,因爲這個螺絲釘的長度,它很容易會直接影響到挖掘機的扭矩你知道吧,你往裏砸的時候,一瞬間它就會産生大量的高能蛋白,俗稱UFO,會嚴重影響經濟的發展,甚至對整個太平洋以及充電器都會造成一定的核汙染,你知道吧,再者說,根據這個勾股定理,你可以很容易地推斷出人工飼養的​東條英​機它是可以捕獲野生的三角函數的,你不管秦始皇的切面是否具有放射性啊,特朗普的n次方是否含有沉澱物,都不影響這個沃爾瑪跟維爾康在南極會合。​
    小小小小小小小余 回覆:
    這個月的社保交了嗎?
  • 2024-07-12 18:01

    如果你足夠強,是可以以三十萬公裏每秒飛到宇宙邊緣,但一般只有幾公裏

    戈比勞王 回覆:
    等你停下 發現宇宙已熱寂 也就是不存在任何物質了
  • 2024-07-10 01:34

    突然有一個想法,黑洞是不是就是宇宙的下水道[捂臉哭][捂臉哭][捂臉哭]

    二級結論 回覆:
    應該說連接另一個宇宙的通道
  • 2024-07-13 13:07

    理論上如果我現在站在5000光年外,就能看到地球5000年前發生的事情。

    藍色 回覆:
    方向如果不對,看到的就是5千年後[笑著哭]
  • 一庫 10
    2024-07-12 08:51

    沒飛出太陽系,就碰到各種粒子折射反射沒有

  • 2024-07-13 08:36

    波與場的研究都是數學當物理,捉影弄鬼之術:::波只是一種粒子宏觀時空分布不均勻,水波/沙丘波到處都有,是粒子構成的,有波粒二象性???波是一種物質???以幹涉衍射現象否定光是粒子,又去解釋粒子幹涉衍射,不是笑話是什麽???破壞了認知自然的核心根基“確定性” ………場::只能由源完全確定,不可觀測(源力不是場力,源能量不是場能量),不必要的,無質量無運動的多余虛幻想象。……地球場給你引力,你給地球場引力,然後地球場給地球引力。這是笑話!!!~~~場與波都是捕風捉影之法,意義很小,破壞巨大。……偉大的赫茲證明電磁波的實驗,激勵源都是電火花,當然是光子。用了電磁波來解釋而已,電磁波理論(尚未發現電子)只是基于宏觀電磁觀測的有用的數學方法,質量與力才是宏觀微觀物質世界的根本,兩朵烏雲當然都是電磁理論的謬誤,禍害牛頓何益?一個具體問題::電流磁場與電子磁矩啥關系???

  • 2024-07-13 08:37

    解釋光電效應是個笑話。物理機制根本木有涉及,對光譜特性,對光電子能量分布,對偏振和溫度影響等都不能解釋。是半知亂解,害大于利(笨蛋好于壞蛋)。發現光電效應是寶貴的金山,本是一條通往微觀世界的大道。胡編解釋光電效應是毒藥禍害!!!………證明光速不變(全稱命題)是胡編!光反射驅動光帆恰恰證僞了光速不變。多普勒效應和紅移就是相對光速變化。光子進入引力場比如黑洞必然會加速。邁克爾遜-莫雷實驗結果的理解::有質量的光子慣性運動,一點也不奇怪。……光子對實驗裝置相對速度基本不變,兩路速度差極小,地球重力對光子速度影響太小也測不到,近似爲慣性系。

  • 2024-07-10 11:37

    空間膨脹其實就是一個人正在長大,我們現在處于一個幼兒體內

  • 2024-07-09 23:26

    [得瑟]根據衍射和反射,扭曲光子的東西還是有的,所以光會轉圈甚至折返。

  • 2024-07-12 07:51

    最像神的人特斯拉說:一切物質都是光,包括人類。結果百年來沒有人相信這句話。最近幾十年物理學家證明了這句話是對的,光是組成萬物的最基本成份。聖經中上帝在創世紀之初說:要有光。在神巨大的念力下,我們這個世界馬上光芒萬丈。先有光,後有萬物。

    yy 回覆:
    你想說上帝就直接說,別把特斯拉搬出來,特斯拉都不相信有上帝[笑著哭]
    尼古拉斯、廣坤 回覆:
    呵,,,呸!
  • 2024-07-14 01:35

    我不認可你的說法,我個人認爲,這個意大利面就應該拌42號混凝土,因爲這個螺絲釘的長度,它很容易會直接影響到挖掘機的扭矩你知道吧,你往裏砸的時候,一瞬間它就會産生大量的高能蛋白,俗稱UFO,會嚴重影響經濟的發展,甚至對整個太平洋以及充電器都會造成一定的核汙染,你知道吧,再者說,根據這個勾股定理,你可以很容易地推斷出人工飼養的​東條英​機它是可以捕獲野生的三角函數的,你不管秦始皇的切面是否具有放射性還是特朗普的n次方是否含有沉澱物,都不影響這個沃爾瑪跟維爾康在南極會合的,懂了麽?

  • 2024-07-13 08:54

    特別喜歡這種科普小文

  • 2024-07-14 23:58

    悖論斯坦五大騙術:: ——1.蔑視自然創造反公理假說(騙),由反公理假說演繹方程(騙),號稱證明全稱假說命題(騙)。 ——2. 三流數學假裝物理,創造虛幻數學“物理概念”,破壞基本概念和認知體系。盡搞些莫名其妙的虛幻數學“時空”、虛幻數學“質量”、虛幻數學“能量”。站在不同位置賞月(三維)的是人,看昨天明天日出(四維)的是活鬼(悖論斯坦)。 ——3. 以必然有不確定性的觀測精度攻擊確定性的引力公理,以認知進化否定絕對真理。以宏觀現象爲基礎的電磁理論描述微觀粒子電磁行爲明顯不足,以太災難不奇怪,他卻借機破壞伽利略變換! ——4. 指鹿爲馬,指馬爲鹿,“波粒二象性”,破壞認知自然的最核心根基——確定性。狗都認識自己的主人,不搞二象性。 ——5. 無中生有創造假說(鬼),解釋稀奇且無恥于悖論(有效證僞),卻要求別人證明沒有鬼,搞萬能騙術!………水星進動證明的大笑話:—— A.號稱公理證明是欺騙。 ——B.忽視了水星的電磁力等等影響因素(1974地外水星探測),居然弄出高精度?不是活見鬼就是見活鬼。

  • 2024-07-09 21:20

    光不僅是波粒二象性,你看它的時候很正常,說不定你不看它的時候它不知道飛哪去了呢[笑著哭]

  • 2024-07-09 23:41

    光照之下皆爲電影,算力之下皆爲虛擬。

    sai小光 回覆:
    虛擬就是算力而且遠超人類
  • 2024-07-09 19:48

    這一切都是假想,只是理論上有可能,真實情況不能直接觀測,人無法看到光的本質,也無法看到宇宙的邊緣

  • 2024-07-16 16:15

    光的傳播不是光子在移動,而是光子在場的作用下一種有序的排列,當光源消失後,場消失了,光子的排列也就亂了

  • 2024-08-04 14:11

    發射出去那些光,會被空氣中粉塵雜物遮掩消耗光嗎?

  • 2024-07-10 08:05

    我很好奇怎麽知道宇宙是在膨脹的[無奈吐舌]

    隨風 回覆:
    專家吹膨脹了[摳鼻]
    Tree 回覆:
    多普勒效應
  • 2024-07-11 16:23

    既然在膨脹,那宇宙外面是什麽[哭哭][哭哭],我被這個問題困擾了二十幾年了

    和究竟 回覆:
    准確來說,宇宙外是更高等級的界天和其它宇宙!但很多個宇宙,還有之外!好像是 無盡邪惡能量,無序混亂。域外天魔和壞蛋的所在。據說是。
    被妖言惑到的衆 回覆:
    沒有宇宙外面這一個說法。不要把宇宙想象成一個球。咱們所認知的空間,大腦內想象的一切是宇宙內産生的,宇宙之外沒有空間,所以就沒有宇宙外這一說。這有啥可困擾的。
  • 2024-07-13 06:17

    光子沒有質量 爲何還會被引力捕捉?

    和究竟 回覆:
    電場,微電場,萬物有電,那也是很神奇的事情。
    和究竟 回覆:
    不對。但凡存在,就有質量!想想星辰前身!星塵粉塵團!微存在,也是質量,不過那只是微觀世界的質量。也許,暗物質世界的質量,有所奇特!時間時空,才難以言質量。但是,時空間 震蕩異常區域,確實有!
  • 2024-07-22 13:31

    發出的光被黑暗溶解了!光明和黑暗是兩種能量,正負!一個是付出,一個是吸取!接近光明的人,你會舒適,接近黑暗的人,你會不適 能量從高往低處流動!這是終極大道!權勢惡人,在弱勢人們面前擺架子,除了阻止能量流出,更是在弱勢人們害怕仰望時吸食別人能量!害怕仰慕,崇拜是能量的付出!能量由低處流動到高處!

    和究竟 回覆:
    這個論點,非常深度和意思!我喜歡!你有天眼?
  • 2024-08-04 13:57

    遠方的你 我放的屁 你聞到了嗎?

  • 2024-07-10 10:13

    光都無法逃脫黑洞是什麽原理 我完全理解不了[捂臉哭]

  • 2024-07-11 03:46

    如果光速不變,爲什麽距離足夠遠的遠永遠也觀察不到呢?[doge][doge]

  • 2024-07-12 07:59

    連大氣層都飛不出去就散盡了。

  • 2024-07-11 08:24

    宇宙是以時間的方式存在,還是以空間的方式存在?[doge]

    Cash 回覆:
    應該是空間,時間是人賦予的概念
    冰藍 回覆:
    空間動起來,叫時間。空氣動起來,叫風。
  • 2024-07-13 14:08

    光要飛行,也要動力吧?[笑著哭][笑著哭]

    藍色 回覆:
    慣性
  • 2024-07-13 03:32

    自媒體這層問題你可要去問宇宙盡頭那邊的高級動物!地球人能回答你的也就是:假如和如果四個字!

    和究竟 回覆:
    有些人還是知道真相的!庸人,根本不敢看,也不敢想這種事!
  • 2024-07-13 11:00

    其實人類有個誤區!按照牛頓的能量守恒定律,一束光是不可能無限持續的。那麽那些幾百億光年外的光是怎麽被地球看到的?另外,所謂的速度,是人類以地球爲固定坐標人爲設定的産物!但是地球是一直在動,太陽系在動,銀河系也在動。所以牛頓最後信神學!宇宙之我何?

    Tree 回覆:
    幾百億光年外發出的光又不止被地球看到的,看到的只是很少很少的一部分而已
  • 2024-07-14 05:50

    感謝這片文章,這是我初中高中一直思考而沒有答案的一個問題,今天終于鬧明白了。

  • 2024-07-16 16:38

    能量被消耗了,這有啥討論的?[笑著哭]

  • 2024-07-17 12:21

    空間就是時間,空間就是光的本身。

  • 2024-07-26 11:50

    光電轉換,變成電子能量飛走啦

  • 2024-07-11 21:42

    我學曆低,不懂。!![哭笑不得][哭笑不得][哭笑不得]

  • 2024-07-10 22:36

    可以看下旅行到宇宙邊緣,太震撼

  • 2024-07-11 08:49

    玩遊戲時,場景的渲染速度必須大于角色移動速度

  • 2024-07-11 05:00

    無所謂 我只在乎能不能隨時🦌

  • 2024-07-11 02:32

    那我睡覺關燈後的光去哪了,鑽地下去了?

  • 2024-07-10 17:39

    有點類似火影裏曉組織裏成員裏技能裏一團水,叫什麽硅膠

  • 2024-07-10 16:39

    問題一:難道網宇宙也會變大吧?問題二:宇宙網有宇宙膨脹速度快嗎?

  • 2024-07-11 09:48

    爲什麽不能超越光速啊

  • 2024-07-12 21:48

    不明白

  • 2024-07-15 13:48

    我向夜空搖晃幾下強光手電筒,會不會有外星人來找我?

  • 2024-07-18 13:53

    一秒光源?與一秒射手沒有差別[呲牙笑]

  • sun 1
    2024-08-08 14:43

    那爲什麽我們還能看到144億光年以外的星系呢?既然144億光年是個限值,那你又是如何知道可觀宇宙範圍是460億光年的呢?

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魅力科學君

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