Куда исчезают фотоны, когда вы выключаете свет в комнате

16 дек 2018 Владимир Гильен Комментариев: 26

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.

57K
Выбор редакции

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

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

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.

С точки зрения науки

Naked Science Facebook VK Twitter
57K
Комментарии
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
Ломоносова? Про фотоны? .... Заводите следующего пациента, этот безнадежен
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
Аватар пользователя Max Mathm
приталкивающие свойства?...
В психушке Вам выделена отдельная палата... Добро пожаловать )
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.
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)
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.
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.
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
Отсыпь немного ) Видно хорошо тебя торкнуло )
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?
А на Солнце камней нет ;)
Детский вопрос, если фотоны переносят свет, то что движет(воздействует) на сами фотоны, или если квант переносит энергию, то что переносит сам квант (глупость Макса Планка). Оказывается свет(фотон) частица???, но частица имеет направление движения (импульс), а разве свет имеет направление движения, даже если свет собрать в луч, свет продолжает распространяться по всем направлениям пространства, то есть не имеет направления движения и не меняет своих свойств при столкновении с массой (материей), а вот масса(частица) меняет свои свойства при столкновении со светом, и самое ГЛАВНОЕ СВЕТ, КАК ВСЯКАЯ ВОЛНА ДВИЖЕТСЯ, КАК ОТ ИСТОЧНИКА ИЗЛУЧЕНИЯ, ТАК И К ИСТОЧНИКУ ИЗЛУЧЕНИЯ!!!
Еще более детский вопрос, если сложное состоит из простого, то из чего состоит простое (элементарное)??!.
В физике нет нечего элементарного, элементарно только невежество, так называемых физиков.
Глядя на подобные комменты, становится грустно оттого, как сильно у нас упало качество образования.
Образование дает навыки, а не знания.
Ну из ещё более простого, и так сколько хочешь.
Красивое фото Вселенной в начале статьи. А эти статьи про фотоны.....скучно.
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 :)
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
Аватар пользователя Farid Valitov
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
Аватар пользователя Roman Dry
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!
Чтобы понять свойства любой волны (в механике, световой, электромагнитной) посмотрите, как движется волна жидкости - часть жидкости поднимается вверх другая одномоментно опускается вниз, то есть от источника воздействия так и к источнику воздействия, или посмотрите, как движется гусеница трактора, чтобы было понятно даже самым одаренным.
А лучше читайте классику на ночь, например, работу Ньютона ''Математические начала натуральной философии'', где прямо указано (стр.6-7), что гравитационное воздействие, это самое простое!!!
Детсадовское восприятие окружающей действительности, (как в детской игре из puzzle сложить общее представление о законах природы) неизлечимая "наследственная'' болезнь физиков.
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.
Опыт, движения свете при замедленной съемке, подтверждает полную неадекватность физиков (идиотизм) проводящий данный опыт, насколько представители академической науки не понимают наблюдаемое физическое явление!!!
Проблема в том, что движение света в бутылке видно со всех точек пространство вокруг бутылки, а это значит что свет распространяется не в бутылке а пространстве и свет не имеет направления движения!!!, то есть свет не движется от точки А к точке Б.
Второй момент, это не понимание академическими профессоришками, разницы между вспышкой света и скоростью света, то есть неразрывную связь между источником сета и движением света. Источником света является разложение (окисление) или образование материи или сопротивление материи электрическому току (любой вид лампочек), следовательно заданное количество света не может возникнуть мгновенно и исчезнуть мгновенно, это связано не свойствами света, а с инертностью массы.
Нажали на клавишу выключателя и никакие "фотоны" никуда не летят.
Когда астрофизики утверждают, что звезда погасла а излученный звездою свет продолжает распространятся в пространстве, что можно ответить на эту глупость - агрессивное невежество ученых не знает границ.
Не могу отказать себе в удовольствии, еще раз подчеркнуть скудоумие академической науки представленной в данной статье и демонстрацией опыта в бутылке.
Но, сначала вспомним изречение великого писателя Н.В.Гоголя, что не всякая птица долетит до середины Днепра (не подкрепившись на лету), даже писатель понимал что энергия и скорость убывают с расстоянием.
И не всякий типо фотон долетит до стенки, если удалять или приближать фонарик, никто не будет спорить с тем, что интенсивность света (сила воздействия) падает с увеличением расстояния от источника света!
К тому же у света, замечательное свойство, как у любой волны!!!, а не частицы - расширятся в пространстве! то есть двигаться конусом - когда любая последующая точка в пространстве имеет энергию (силу) меньшую чем предыдущая.
И если бы движение света, было связано с фотонами, то с расстоянием количество фотонов увеличилось бы, и интенсивность света так же увеличилась, а интенсивность света падает!!!! А-у, академики, не надо прятаться в курилках.
Всякие возражения, типо расстояния между фотонами увеличиваются, при расширения света, не принимаются ввиду очевидной ничтожности такого довода.
Итак, вопрос, куда исчезают фотоны (если они существуют) пролетая через вакуум???, сопротивление отсутствует в вакууме, почему падает интенсивность света?! И это при включенном сете.
При непрерывном расширении световой волны и одномоментном падении энергии волны, скорость света не может быть постоянной, а точнее скорость света не измеряется!!!!!
Но, главное моё достижение в физике состоит в доказательстве!!! невозможности определения скорости ТЕЛА относительно времени в любых условиях!!!
Законы движения света очень сложные, а люди не любят изучать сложное, тем более признавать свои заблуждения.
Совсем другое дело доказать, что скорость тела никогда не равна отношению расстоянию ко времени!!! Это доказательство поймет каждый, рухнет все образование. (академики сушат штаны)

Быстрый вход

Или авторизуйтесь с помощью:

на сайте, чтобы оставить комментарий.
Вы сообщаете об ошибке в следующем тексте:
Нажмите Отправить ошибку