網友問:鏡子做的房間內光線一直反射,房間內會一直亮著嗎?

2021-01-07 艾伯史密斯

當然不會,我們看見「亮光」,是因為有光線進入了我們眼睛,這部分光線肯定會損失;鏡子無法做到100%的反射率,哪怕使用反射率最高的鏡面,在數秒內也能讓光線的能量完全損失掉。

鏡面可以反射光線,假設有一個全封閉的屋子,裡面塗滿100%反射率的材料,那麼光線在房間內就會永遠反射下去。

實際上並不存在100%反射率的鏡面,一般鏡子的反射率在90%左右,鍍銀的鏡面反射率可以達到95%,哪怕在全反射中也會存在一定的損失。

由於光速非常快,所以在不大的封閉房間中,只需要極短的時間就能把光線的能量完全損失掉,我們來做一個簡單的計算:1KW的螢光燈,假設發射的全是500nm(可見光400~760nm)的光線,那麼螢光燈每秒發射的光子數N:

N=E/(hc/λ)=2.5*10^21個;

如果封閉房間內部為95%反射率的材料,假設光子的平均反射光程為3米(房間尺寸),那麼反射到平均剩下1個光子所需時間t:

N*(0.95)^(ct/3)=1;

可以估算出t≈0.00001s;

如果使用99.99999%:

可以算出t'≈5s;

也就是說,封閉房間(3米)使用95%反射率的材料,發射2.5*10^21個光子,在最理想的情況下,大約只需要0.00001秒光線能量就會完全損失掉;如果使用99.99999%反射率的材料,平均只需要5秒。

所以實際當中,光子並不會無限反射下去,即便有100%反射率的材料存在,我們也不會看到屋子一直亮著,因為我們看到光線,就說明光子進入了我們的眼睛,進入眼睛的這部分光子肯定會損失掉。

平常我們看見光線在空氣中傳播,看到的實際上空氣中微塵反射的光線,如果光線在完全的真空傳播,由於沒有反射光線進入我們眼中,我們也就看不到光線的存在,真空就是一團黑;就如在星際空間中,雖然有恆星發出的光線穿過其中,但是沒有背景的星際空間看起來就是全黑的。

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    在內壁全是鏡子的房間裡,射進一束光!那這束光會一直存在嗎?光速是人類已知的最快的速度,人類最快的飛行器的速度也才剛好達到它的萬分之五,而當光遇到鏡面時,還會產生折射現象,這也是為什麼我們能在夜晚看見月光的原因,太陽光照在月亮上,又折射出光,讓我們看到月亮的存在,那我們在一個內壁全是鏡子的房間裡,射進一束光,這束光還會一直存在嗎?
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    鏡面反射的反射率達不到100%,光的能量與反射次數呈指數衰減,由於光速非常快,所以一束光在瞬間就會衰減為零,不可能一直存在下去。 在小時候,如果我們有一塊鏡子,會玩得不亦樂乎,因為利用鏡子可以把太陽光反射到其他地方;我們假設有兩塊大的鏡子,那麼一束光在鏡子之間能無限反射嗎?
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    仔細想想會覺得好奇:這種一側透明、一側能反射光的單向鏡子是什麼原理呢?實際上,對於光只從一側可以通過,而另一側被全部反射的鏡子是不存在的,所謂單向鏡子的叫法實際上是人類主觀視覺上的錯誤造成的。它的準確稱呼是半透半反鏡,對於兩側的光所起的作用是對稱的。
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  • 單向鏡子真的只能一側透光嗎?實際上是人類主觀視覺上的錯誤造成
    仔細想想會覺得好奇:這種一側透明、一側能反射光的單向鏡子是什麼原理呢?由於鏡子的半透半反作用,兩邊房間發出的光都會有一半透射到對面房間,而另一半則被鏡子反射回來。 因此,在左側房間裡: 鏡子處發出的光 =被鏡子反射的左側光+被鏡子透射的右側光 由於加號前後的兩種光的強度相差過大,人眼接收的幾乎都是前者,因此如果你在左側,看到的都是自己所處房間的情況,這面鏡子就和一般的全反射平面鏡沒有區別
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