小時候,我喜歡用手電筒向前照射一下,然後關閉手電筒,那束光就不見了。年幼無知,我一直以為只要關閉手電筒,光就會憑空消失。
我們向前扔一塊石頭、或者從手槍打出一顆子彈,我們都知道石頭離開手或者子彈離開手槍以後,石頭和子彈都會繼續向前飛行,直到沒有動能然後掉下。如果射出一束光,到底光是消失還是繼續往前飛行呢?
根據能量守恆定律,能量是不會消失的,只會從一種形式轉化為另一種形式。光是具有能量的粒子流,是能量的一種傳播方式,所以光也是不會突然消失的。
光源之所以能發出光,根據原理主要可以分成三種形式:
第一種為熱運動、躍遷輻射(包括自發輻射和受激輻射),這是我們日常生活中最常見光的發生原理,包括手電筒、火光等;
第二種是物質內部帶電粒子加速運動時所產生的光輻射,這一種則多用於雷射的產生;
第三種是同步輻射光與切倫科夫輻射的產生原理,也就是介質中物質的運動速度超過光速所產生的效應(註:在介質中的光傳播速度是低於真空中的),一般在微中子等高能粒子研究的相關領域中有廣泛應用。
我們都知道,光的傳播,是不需要介質的,有介質反而影響光的傳播速度。光在介質中傳播時,由於光受到介質的相互作用,傳播路徑會發生偏折,產生反射與折射的現象。另外,光經過大質量物體附近時,傳播路徑會受到該物體強引力場的影響,比如其他星星的光經過太陽會發生偏移。
回歸上面的問題,我們手電筒發射一束光後,無論你關不關閉手電筒,已經發射出去的那束光其實一直都在向前飛行,並沒有憑空消失。只是光的速度太快了,快的我們連它的尾巴都看不到。要證實它是否真的還在傳播,還是要費些心思的。
其實如果條件允許,我們理論上自己也可以試驗出來。當年美國太空人登月時在月球上放置了5面特殊製作的鏡子,其實就是雷射管反射裝置。如果我們有一個特製的雷射器,對準這些鏡子發射一束脈衝雷射,那麼2秒多後,我們就可以收到反射回來的雷射,證明光並沒有消失,而在一直傳播。
這個條件對於一般人來說,確實不容易實現,先不說可以發送到月球的雷射發射器,就是這五面鏡子也不是一般人可以容易找到的。但是科學家卻可以測試,並且就是使用這些反射鏡子,精確地測量出來了月球和地球之間的距離。2015年,我國雲南天文臺就利用放置於月面的哈德利峽谷處的反射鏡陣列完成了我國首次月球雷射測距實驗。
雖然光是不會自己消失的,但是發射出去的光,會被空氣中的顆粒塵埃吸收或者反射,在太空中,也可能被其他的物質吸收掉。如果完全真空的狀態下,光是會一直傳播下去的,好比遙遠的星光,穿越幾十萬光年甚至更遠,來到地球被我們看見。
當然,在無窮的時間飛行中,光最後也可能因為轉化為粒子、與自由電子的反應、光能的衰減等原因,光最終也可能「消亡」。如同天地萬物一樣,最終都會消失於茫茫蒼穹。