Куда исчезают фотоны, когда вы выключаете свет в комнате — Naked Science
16.12.2018
12 минут
Редакция

Куда исчезают фотоны, когда вы выключаете свет в комнате

Наблюдая за звездами в небе, 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.

close-up-clear-light-bulb-turned-off_4judu0wvg_f00041

Свет 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.

 

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 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. 

 

Электромагнитный спектр / © Designua

 

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 движется на 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.

 

Примерно так пучок фотонов освещает небольшое закрытое пространство:

 

Пучок фотонов, пересекающий пластиковую бутылку. Скорость съемки замедлена в 10 миллиардов раз / © Ramesh Raskar/TED/GIPHY

 

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.

Позавчера, 15:33
40 минут
Александр Березин

Женщины заводят ребенка не от мужа тем чаще, чем ниже его социальная ценность. Попробуем разобраться, как биология подталкивает их к изменам и почему моногамия имеет все шансы на реванш.

Вчера, 12:57
6 минут
Сергей Васильев

Эксперименты снова указали на существование частицы Х17 — загадочного бозона-переносчика еще неизвестного фундаментального взаимодействия.

Вчера, 15:51
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователь Уильям Ромозер полагает, что ему удалось увидеть на Марсе живых существ, в частности насекомых. Вероятно, причиной этого стала парейдолия — зрительная иллюзия.

15 ноября
6 минут
Никита Шевцов

Ученые впервые воспроизвели в реальности парадокс друга Вигнера. В результате физики выяснили, что квантовые явления субъективны: каждый наблюдатель может иметь свои альтернативные факты насчет них, и все они будут правдивы.

18 ноября
4 минуты
Сергей Васильев

Накопление эпигенетических модификаций ДНК позволило провести параллели между возрастом собак и людей и найти новую формулу для пересчета одного в другой.

Позавчера, 15:33
40 минут
Александр Березин

Женщины заводят ребенка не от мужа тем чаще, чем ниже его социальная ценность. Попробуем разобраться, как биология подталкивает их к изменам и почему моногамия имеет все шансы на реванш.

15 ноября
6 минут
Никита Шевцов

Ученые впервые воспроизвели в реальности парадокс друга Вигнера. В результате физики выяснили, что квантовые явления субъективны: каждый наблюдатель может иметь свои альтернативные факты насчет них, и все они будут правдивы.

18 ноября
4 минуты
Сергей Васильев

Накопление эпигенетических модификаций ДНК позволило провести параллели между возрастом собак и людей и найти новую формулу для пересчета одного в другой.

Позавчера, 15:33
40 минут
Александр Березин

Женщины заводят ребенка не от мужа тем чаще, чем ниже его социальная ценность. Попробуем разобраться, как биология подталкивает их к изменам и почему моногамия имеет все шансы на реванш.

[miniorange_social_login]

Комментарии

20 Комментариев

Alex Philippov
14:25
-
0
+
Что за бредовый GIF, где на бутылку светят фонариком, медленно передвигая его? Написали бы хоть уж, что так МОГЛО БЫ выглядеть замедленное движение... Ресурс окончательно оскотинился и пожелтел! Пойду искать более серьёзные новости науки.
Roman Dry
14:25
-
0
+
Как появляется свет? Положительный или отрицательный квант отвечает возбуждению суперструн парного кванта, который реагирует на преобразование течения гравитационной составляющей тёмной энергии через через орбитальную систему электрона. В результате, фотон склоняется к корпускулярному состоянию. Как исчезает свет? Сцепленные кванты, преобразующиеся в реагирующих электронах, отвечают сцепленным квантам свободных электронов. В результате, тёмная энергия перестаёт преобразовываться, и фотоны склоняются к состоянию волны. Кто-нибудь чего-нибудь понял? Я - ни фига!
ulogin_facebook_1800836323486177
14:25
-
0
+
Ох как одобряю подобные статьи - они весьма и весьма полезны для фунциклирования мозгов штоб не высыхали. Сам, давеча, начал писать "Трактатъ о пользе и чередовании регулярных упражнений физического и умственного толка для работников счетоводческих контор". Мой ответ на вопрос, поставленный в заголовке будет таков: Раньше энти хфотоны возвращалися к Чубайсу - он был у них тогда как бы за главного. После него, не знаю кто сщас. Там у их есть специальные траншформаторы для хфотонов и приставленный счетовод кажну смену считат расход-приход, принял-сдал - протокол-все как положено. Заканчиваю и откланиваюсь, время-золото надоть продолжать Трактатъ...;-D
Денис Котляров
14:25
-
0
+
Термин: Корпускулярно-волновой ДУАЛИЗМ. Второй закон логики: Два противоположных высказывания не могут быть оба истинными в одно и то же время, в одном и том же отношении. Логика - наука о правильном, разумном мышлении. Вывод: Не все то, что нам выдают как научные знания является таковым. А пока с этим наука не разобралась, разумно рассуждать о том куда девается фотон и откуда берется не более чем изложение своих гипотез да постулатов на публичное обозрение. Все равно что намочив пальцы спорить меж собой о скорости ветра :)
    ulogin_facebook_1655672568091182
    14:25
    -
    0
    +
    В современном представлении - фотон ни волна, ни частица, а нечто третье имеющее часть свойств и того, и другого. Так что, тут нет никакого логического противоречия
Дмитрий Минец
14:25
-
0
+
Красивое фото Вселенной в начале статьи. А эти статьи про фотоны.....скучно.
14:25
0
А на Солнце камней нет ;)
Денис Жаворонков
14:25
-
0
+
Статья действительно ни о чем. Не берусь судить, кто в этом больше виноват, копипастер или текущее состояние науки, скорее второе. Но в любом случае, если нет полной ясности в рассматриваемой теме ,то надо хотя бы уметь ставить вопросы на будущее, а то создается ложное впечатление что тема раскрыта. Например, фотон - это вообще что? Почему скорость фотона всегда одинакова? Почему она именно такая? Масса - это что? Почему фотон ее не имеет? Чем отличаются фотоны различных спектров? Или, через лампу накаливания проходит электрический ток, количество электронов входящих в нить накаливания лампы и выходящих из нее одинаково, лампа излучает фотоны непрерывно и из практики известно что они не заканчиваются, откуда они берутся?
Andgor Gorand
14:25
-
0
+
Статья ни о чем. Не раскрыт ни момент возникновения фотона ни момент поглощения. И что такое потеря энергии фотона? Как при этом изменяются его свойства? Если уж хотите написать хорошую статью, извольте делать это качественно. А переписывать слова из учебника с иностранными иллюстрациями просто нехорошо. ИМХО.
    Валерий Котелевский
    14:25
    -
    0
    +
    привет от валерианства тихого дона (теория всего) ... и так фотон не частица а волна частотное устройство мира как субатомное в плоть до "реликтового излучения вселенной" а по моему так просто галактической частотной среде в электромагнитной её формологии , и и атомного "материального" когда триадная частота электронной мощности замкнута на себя водород последний в делении космическогалактическом делении имеющий электронную замкнутую спираль из трёх витков внутренней частью образующих протон, короче создается спираль фотона еще в генераторе электростанции как и в глубине солнца отстраивается вектор его движения в токопроводящих плотностях материи создавая электромагнетизм наталкиваясь река его на большое сопротивления дает брызги спиралей частоты теплоэнергии от микроволнового вплоть до видимого света шары и сферы их как информационных носителе о них
      Евгений Торшин
      14:25
      -
      0
      +
      Отсыпь немного ) Видно хорошо тебя торкнуло )
ulogin_vkontakte_264160968
14:25
-
0
+
Фотон - это возбуждение физического вакуума определённой частоты, а источник света - это источник возбуждения. Соответственно, когда источник возбуждения деактивируется, то с возбуждением физического вакуума происходит примерно то же, что и с рябью на водной поверхности когда деактивируется источник ряби - она затухает: частота фотона снижается в неоптическую зону и если воспользоваться спец. аппаратурой, фиксирующей возбуждения неоптической частоты, то можно будет видеть это снижение - затухание.
ulogin_facebook_1999378157048767
14:25
-
0
+
Когда лампочка загорается и начинает излучать фотоны, то само пространство комнаты наполняется светом. Это говорит о том, что частицы воздуха тоже сталкиваются с фотонами и отражают их. Каждый атом азота или кислорода играет отражённым светом, поэтому пространство и становится светлым. Исходя из этой логики, космическое пространство абсолютно пустое, поэтому оно тёмное, чёрное. В нём либо нет частиц вообще, либо его частицы (предположительно, частицы Тёмной Материи) значительно меньше фотонов по своим размерам. И поэтому их так сложно уловить.
    Валерий Котелевский
    14:25
    -
    0
    +
    нет мариночка молекулярное своё частотное своё имеет место и молния не по малекулам идет их прикосаясь частота энергии идет в своей среде частотной не зря менделеев в таблице эфир перед водородом ставил такой тебе привет от валерианства (теория всего)
Gennady Vladimirovich
14:25
-
0
+
Глупость навеянная глупостью Эйнштейна. Нет никакой скорости света и поглощения с отражением. Лампа создает вибрацию, которая и запускает свет в пределах своей силы и затухания от центра. А отражающие поверхности это те, которые имеют приталкивающие свойства. Ломоносова нужно читать, а не еврейского холерика
    Евгений Торшин
    14:25
    -
    0
    +
    В психушке Вам выделена отдельная палата... Добро пожаловать )
      Дима Прайд
      14:25
      -
      0
      +
      Какой у вас интеллект, аж прет во все дыры!
    Max Mathm
    14:25
    -
    0
    +
    приталкивающие свойства?...
    Farisey
    14:25
    -
    0
    +
    Ломоносова? Про фотоны? .... Заводите следующего пациента, этот безнадежен
      Валерий Котелевский
      14:25
      -
      0
      +
      моё валерианство утверждает менделеев был прав когда перед водородом в таблице ставил ЭФИР частотносубатомную среду в статье говорится о частице - бред частицы атомноматериальны когда частота замкнута на себя последним материалом после генерирования формологии движения плазмы космоса формологией вселенной в ею созданной среде. Короче всё материальное и субатомное есть плотности частот и их движенья, тут говориться о поглощении и отражении , настаиваю световое излучение есть волны шаровой формы существования от источника и сферы как материи его, имеющей и третью возможность огибать препятствия

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: