把手電筒朝著太空方向照射,它的光會一直飛向宇宙深處嗎?

2020-12-06 科學傳話筒

把手電筒朝著太空方向照射,它的光會一直飛向宇宙深處嗎?

這個問題解釋清楚也不難,如果是在絕對真空中,手電筒只要一打開,在30萬公裡以外的地方就能看到手電筒發出去的光,光在真空中的傳播速度是30萬公裡每秒,且不會衰減。

夜晚,找一個光線不太亮的區域,打開手電筒射向空中,你會發現這麼如下現象:

1、光線中可以看到很多明亮的跳動的小顆粒

解釋:實際宇宙並不是絕對真空,我們生活的地球表面有大氣層,更不是真空,有空氣、塵埃、霧霾等物質。

2、光線傳到一定距離就看不到了,也就說光線傳播的距離其實很有限

解釋:光線本質上是電磁波,具有波粒二象性,從光電效應就可以看出,光子具有粒子的性質,且光量子具有動能,

光量子照射到光電材料表面後,就會將光電材料中的電子打出來,就檢測到了電子,這個過程中光量子也損失了能量。

這種帶有能量的光量子照射到太空中的塵埃同樣也會損失掉一部分能量,光源的發出電磁波的能量可以表達為E=nhv;其中n代表光量子的份數,與光遠強度有關,h是普朗克常數,v代表光量子的頻率,與光量子的能量有關。

當光源越強對應的n也就越大,因為就越難全部損失掉,穿透力也就越強,那麼光量子自身的能量會減少嗎?

當然也會減少的,這個對應光量子頻率v的變化,能量減少時v會減少,波長會變長,由於恆星自身運動或者引力的影響就有可能使得光線頻率小,波長邊長,原本可見光,紅移到紅外線波段,從而就「消失」了。

當然手電筒發出的光衰減不需要用到紅移來解釋,但紅移可以用來解釋為啥我們無法看到遙遠的天體。

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