不知你有沒有想過,你關燈或者關閉手電筒後,光去哪了?
回答這個問題之前我們首先要了解光的本質,以及它究竟是怎麼誕生的。
光是什麼?
牛頓作為經典物理學的奠基人,在力學和光學方面都做出了卓越貢獻,他認為光的本質是一種微粒,因為他曾用三稜鏡,將太陽光分解成了7種顏色。
但當時的主流科學家,是惠更斯和胡克等人,他們認為光是一種波而不是微粒,所以牛頓關於微粒說的論文,並沒有被刊登在皇家學會會報上,微粒說後來的崛起,很大程度上歸功於牛頓在力學上的巨大貢獻帶來的巨大聲譽。
但物理學最後總是一門實驗學科,光的本質就是是粒子還是波,最終都要靠實驗來證明
1801年,英國科學家託馬斯.楊做了一個「楊氏雙縫幹涉實驗」,在這個實驗中形成的明暗幹涉條紋,意味著光並不是微粒,也不是和聲波一樣的縱波,而是一種橫波,正因如此才會出現光的偏振現象。
1873年,物理學家麥克斯韋發表了《論電和磁》,其內將數學和物理高度統一,證明了光的本質上也是一種電磁波,且真空光速度等於電磁波的傳遞速度,其內的麥克斯韋方程組用四個方程,描述了電,磁,磁生電,電生磁,將物理學和數學之美展現得淋漓盡致。
20世紀初,愛因斯坦和普朗克針對之前的波動性 ,以及新發現的光電效應,指出光應該是一種具備波粒二象性的物質,也就是後來的「光量子」學說,該學說最後認為,光子的運動軌跡是呈周期性的波。
那麼光子是怎麼誕生的?
廣義上來說,任何溫度高於絕對零度的物體都在「發光」,但細究起來,能被人類肉眼接收到的可見光,主要誕生於電子能級躍遷過程中。
簡單來說如果你有一個手電筒,那麼通電加熱燈絲的一瞬間,組成燈絲的原子中的電子,就會吸收能量從而躍遷到高能級,然後再回落到低等級,此時原子就會發出一個光子。當大量電子同時重複「一高一低」過程時,大批光子就會從手電筒裡跑出來。
對速度高達每秒三十萬公裡的光子來說,逃逸速度僅為11.2km/s的地球,是個很小的地方,因此在你打開手電筒的一瞬間,「第一個光子」其實就已經離開地球了,兩秒鐘不到的時間,它就能飛過月球。
但我們很難想像光子的世界,因為在我們看來手電筒的光在十幾米外就散射了,雖然這其中也有空氣衍射的「功勞」,但根本原因還是在於,人類的肉眼太落後了。
所以當手電筒關閉之後,在關閉前一秒時飛出去的光子,在瞬間就會到達30萬公裡之外,在人的眼睛完全捕捉不到光子飛行軌跡的情況下,我們看到手電筒關閉的一瞬間,光子就都消失了,但事實上它們並沒有消失。
理論上來說,手電筒發出的海量光子,總是會有一小部分跑出地球飛向宇宙深處的,因此如果外星文明的光子收集能力十分強大,那麼它們是可以收到手電筒發出的光子的一部分的。
我們看到的物體也好,看到的光也罷,都是直接飛進,或者間接折射進人的眼睛裡的,所以「看見」這個過程,更多是因為有物質在反射光子,而在物質密度極其極低的太空中,基本沒有物質在反射光子,所以我們如果在太空中開手電筒的話,手電筒的光子會筆直地向前飛,而不會像在地球上一樣散射開來照亮四周。
總結
光子是我們宇宙中最忠誠的信息傳遞者,它從誕生開始就帶著信息以光速飛奔,理論上來說,如果6500萬光年外有外星文明,且它們的科技極度發達,那麼他們可以用望遠鏡看到,恐龍正在滅絕。
所以說手電筒關閉之後,「那一群光子」並不會完全消失,總會有一些「漏網之魚」,攜帶信息繼續在宇宙中飛行。