光子只要不被物質吸收是可以永久存在的,就像陽光可以經歷億千米,來到地球普照萬物。
(資料圖片)
光子會消失嗎?
如果此刻,你遠在4000光年外的星球上,用足夠精密的望遠鏡跟蹤著地球,望遠鏡可以直播夏商周的盛況。
光如果不被物質所吸收是否就能一直行進下去?這涉及到宇宙的邊界問題。
舉個例子:假設距離地球最遠的宇宙邊界在100億光年處,此刻攜帶著“我正在碼字信息”的光子以地球為中心,向全宇宙發射出去,光子將會在100億年后到達宇宙的邊緣,如果那里有生命,它們只有在100億年后才能看到我此時此刻正在干什么。
實際上,基于哈勃觀察、宇宙微波背景輻射等理論告訴我們: 宇宙不是靜態的,它就像氣球被吹起來膨脹著,而且膨脹速度與距離成正比, 我們能觀測到的宇宙為930億光年,可觀宇宙之外還有宇宙,只是之外的空間膨脹速度超越了光速,之外的星球正以超光速離我們而去,光子無法把那里的信息送過來。
這意味著此刻地球的信息,即使不被沿路的物質所吸收,也永遠追不上超光速的星球,光子所攜帶的信息將在宇宙中永遠的飄蕩下去,永久保留。
那么光源亮,屋子亮,光源滅屋子就黑,光子哪去了?
我們做一個思想實驗:你有個遠程電源開關,可以控制一個封閉房間的光源。
一按電源,光源立刻釋放光子,房間燈火通明(你看不到)。
松開開關,房間立刻會暗下來(你看不到)。
即使看不到,實驗結果你肯定是認同的,因為每天天黑了我們都在經歷相同的事。那么接下來,我要告訴你,你的直覺是錯的,錯的原因有幾個:
第一個:電源打開,屋子對你來說不一定是燈火通明的,這取決于光源釋放了什么光。比如: 釋放的是紫外線波段的光,即使你在屋子內,屋子也是漆黑一片,因為你看不到紫外線,只能看到可見光, 但對于能接收紫外線的蜜蜂來說房間是燈火通明的。
第二個:即使是可見光,光源關閉之后,屋子里也不一定是暗的(理論上)。如果屋子里所有物質無法完全吸收可見光,那么不被吸收的光會在物質間一直反射下去。
第三個:如果你理解了前兩點,那你就應該明白, 當光源開著屋子是暗是亮取決于屋子里此刻存在的光子是否能被你眼球中的感光細胞所吸收并反饋給大腦。
第四個:如果你在屋里,意味著只要光源關閉,屋子里必然是黑的,因為你只能接收可見光,如果可見光沒了,屋子就是漆黑一片,而你的眼球又是一個吸收源,光速每秒3億米,哪怕光子需要在屋子里不斷反射經歷3億米才可以進入你的眼球,當光源關閉只需要1秒,你就可以吸收到所有可見光,房價立刻變暗。當然這是夸大了,光子無論如何反射,房間的造型無論多奇葩,光子都不需要經歷3億米,因此在你的感覺中,房間是在光源關閉后立刻變暗。
因此 光源關閉,屋子變黑的答案是光源發出的一部分光子被物質所吸收(包括人所穿的衣服、皮膚等等),一部分被你看不見(可見光之外的波段,例如紅外線),一部分被你的眼球所接受。
那么光子有沒有可能永遠留在屋子內呢?
答案是不可能的。如果存在100%完全反射的物質,你用它來制造墻面、地面、頂棚,并且保證完全密封,光子是可以永遠留存的,但是并不存在這種物質。
即使假設存在這種物質,你也無法判斷屋子里是否永遠亮著,因為你想判斷,勢必要觀察, 觀察意味著你眼球要接收“原本可能能永久反射或留存的光子”, 你只要一看,它們就立刻被你的“眼睛”吃了,屋子又暗了。
那么可以用100%完全反射材料制成的機器人進去檢測一下?實際上,這和人眼沒什么區別,你想得到房間里是否有光子存在的信息,勢必要用驗光儀器接收光子。
圖:哈勃太空望遠鏡拍攝到的星光
檢測會使光子消失,與光子是否一直存在是對立的 ,因此這個實驗沒辦法做。但是基于光子的性質,我們知道 光子可以永久存在,就像遙遠恒星發出的光,可以穿過上百億光年的距離,被我們的天文望遠鏡所捕獲。