• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
16.12.2018
Редакция Naked Science
26
18 492

Куда исчезают фотоны, когда вы выключаете свет в комнате

4.6

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
©Wikipedia

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.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
9 часов назад
Василий Парфенов

Изначально выглядевшая многообещающе ракета-носитель Antares в последние годы стала довольно проблемной. Для ее создания требовалась кооперация США, Украины и России, которая в свете сложившейся геополитической обстановки практически невозможна. Решением проблемы станет переход с российских двигателей на созданные в Америке. И ключевую роль в нем сыграет частично украинская компания Firefly Aerospace.

Вчера, 16:47
Ольга Иванова

Международная группа ученых пришла к выводу, что причиной упадка цивилизаций Ближнего Востока и Восточного Средиземноморья в бронзовом веке могли быть болезни, в том числе чума. При этом «древние» штаммы чумной палочки, вызывающей это заболевание, отличались от тех, что погубили население Европы в Средние века.

Вчера, 15:51
Василий Парфенов

Когда какая-нибудь страна решает провести испытания противоспутниковых ракет и сбивает свой старый аппарат на орбите, мировое сообщество сразу ее осуждает. Мол, количество космического мусора зазря увеличиваете и создаете опасность для мирного использования околоземного пространства! Такие публичные заявления лишний раз подпитывают боязнь пресловутого синдрома Кесслера. И одно из его следствий — распространенный миф о возможности борьбы со спутниками методом вывода ведра гаек (песка, гвоздей) на орбиту. Однако практика показывает, что кинетические способы поражения космической техники далеко не столь эффективны, как военным хотелось бы. Столкновения спутников со всяким мусором происходят регулярно, но из строя они в результате выходят далеко не всегда. Почему? Naked Science попробует разобраться.

Позавчера, 12:00
НИУ ВШЭ

Федеральная программа материнского капитала (и ее региональные аналоги) действительно приводит к тому, что семьи чаще и быстрее решаются завести второго ребенка. К такому выводу пришли сотрудники Исследовательской рабочей группы по экономико-математическому моделированию демографических процессов факультета экономических наук НИУ ВШЭ.

7 августа
Анна Новиковская

Историки долго мучились вопросом, почему древние римляне — те же, что сумели выстроить множество великолепных произведений архитектурного искусства, — с завидной регулярностью изготавливали странно асимметричные игральные кости, похожие на плохо слепленные детские поделки. Теперь у них есть возможный ответ на эту загадку.

6 августа
Сергей Васильев

Наблюдения показали, что планеты — мини-нептуны могут терять атмосферу под действием излучения своих звезд, переходя в группу каменистых планет-сверхземель.

11 июля
Василий Парфенов

Доступность высококачественных и актуальных данных от спутников дистанционного зондирования Земли растет с каждым годом. Такие компании, как Capella Space и Maxar Technologies, несколько лет подряд предлагают всем желающим беспрецедентно дешевые радарные и оптические снимки земной поверхности высокого разрешения. Это позволяет гражданским аналитикам наблюдать за военными объектами по всему миру и находить интересные артефакты.

2 августа
Александр Березин

Если западным странам удастся «лишить Кремль нефтяных доходов», то мир ждет геополитическое землетрясение. Только не обязательно в ту сторону, о которой вы сейчас подумали. На фоне того, что последует за «лишением», шок 1973 года может показаться детской игрой. Naked Science попробует оценить размах «потолочного катаклизма» заранее.

31 июля
Александр Березин

Саудовский принц одобрил строительство гигантского «лежачего небоскреба», который должен стать крупнейшим зданием в истории. Причем еще и самым экологичным в мире. Пресса и соцсети полны возмущенных оценок: «это антиутопия!», «проект сырой!» и тому подобным. Однако чисто технически это не так: «Зеркальную линию» на пять миллионов жителей вполне можно построить. И такое здание в самом деле будет энергоэффективным (и формально безуглеродным). Но у проекта есть другие слабые места, лежащие скорее в сфере науки, нежели техники. Naked Science попробовал разобраться в деталях.

[miniorange_social_login]

Комментарии

26 Комментариев

Вода на воде и водой погоняет. Как из одного предложения "весь свет поглощается объектами окружающей среды" можно было слепить статью на 7 тысяч символов, в каждой части говорящей об одном и том же... "С точки зрения суши - вода мокрая; а вот с точки зрения сверху, водная гладь плоская, и это если нет ветра, а если есть, то волнистая; а вот с точки зрения дна - вода тяжёлая... Но, так или иначе, вода всегда остаётся мокрой и тяжёлой, как ни крути..."...
03.08.2020
-
1
+
Ну как возникают фотоны на солнце, в лампочке, в светодиоде я понимаю. Но как фотоны возникают в антенне WI-FI ума не приложу, как могут возникнуть фотоны в медной проволоке и почему они не видимы глазу?
    03.08.2020
    -
    2
    +
    Ну хотя бы потому что глаз воспринимает совсем небольшой участок электромагнитного спектра. Вам даже картинку там нарисовали. Кстати то что вы перечислили лампочку солнце и светодиод в одной куче говорит, что все-таки не понимаете. Механизм излучения света диодом принципиально иной.
    03.08.2020
    -
    1
    +
    Радиоволны и свет лампочки это то же самое электромагнитное излучение только с разной длиной волны. Для получения волн длиной в десятки и сотни метров (радио) достаточно колебаний зарядов в медной проволочке. Для волн в миллиард раз короче требуются другие методы - нагревание до высокой температуры, электрический разряд в плазме или воздействие тока на p-n-переход.
Ну как? Перепись пациентов состоялась? ))))
27.12.2018
-
1
+
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.
22.12.2018
-
1
+
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!
20.12.2018
-
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
-
1
+
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 :)
-
0
+
Красивое фото Вселенной в начале статьи. А эти статьи про фотоны.....скучно.
DELETED
17.12.2018
0
А на Солнце камней нет ;)
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?
17.12.2018
-
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.
    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
    +
      ещё комментарии
-
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.
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)
-
1
+
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
    17.12.2018
    -
    3
    +
    Ломоносова? Про фотоны? .... Заводите следующего пациента, этот безнадежен
    +
      ещё комментарии
      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
    18.12.2018
    -
    3
    +
    приталкивающие свойства?...
    -
    2
    +
    В психушке Вам выделена отдельная палата... Добро пожаловать )
    +
      ещё комментарии

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: