-
Når en lysstråle projiceres, (sig) fra jordens overflade til ude i rummet. Betingelsen er, at der ikke er nogen hindring for det indtil uendelig (det rejser kun i vaccum). Mit spørgsmål er, hvor langt kan den lysstråle gå?
-
Også i stedet for en lysstråle, hvis jeg betragter en laserstråle med samme betingelser, hvor langt kan en laserstråle gå?
Sammenlign begge situationer.
Og stopper lyset (lysstråle og laserstråle) efter at have kørt et stykke væk eller det har ingen slut ?
Kommentarer
- Ikke helt sikker på, hvorfor der ‘ er en bounty. Svaret fra iantresman svarer på spørgsmålet ganske godt.
- Jeg er enig w / @ HDE226868
- Mulige dubletter: physics.stackexchange.com / q / 18555/2451 , physics.stackexchange.com/q/105980/2451 og links deri.
- Er dit første spørgsmål i det væsentlige en lille variant af dette: Hvilken procentdel af lys fra en stjerne, der ligger i universets centrum, når direkte til kanten af universet?
- Efter mit svar inklusive denne tegneserie er blevet opstemt, nedstemt, markeret og slettet, jeg vil gerne dele dette med dig som en kommentar. Glædelig jul til jer alle.
Svar
Teoretisk set er fotonet (eller lysstrålen der virkelig ikke er en forskel) kan gå en uendelig afstand og rejse hele tiden med en hastighed $ c $.
Da fotoner indeholder energi, $ E = h \ nu $, så energibesparelse kræver, at foton kun ødelægges via interaktion (f.eks. absorption i et atom). Der er intet, der kan få foton til at stoppe efter en vis afstand, det kan kun stoppes via en interaktion af en slags.
Bemærk, at noget af det lys, vi ser fra meget fjerne galakser, er nogle milliarder år gamle og rejste mange yottameters for at komme hertil. Havde de ikke været absorberet af Hubble-rumteleskop f.eks. , ville de være fortsat på vej gennem vores galakse (indtil noget andet stoppede det).
Kommentarer
- At ‘ forresten er en så fascinerende tanke … At alle disse ting rejste i sådan længe tid til at nå os … (don ‘ t engang start at forkæle disse mytiske tanker med tale om absorption og re emission)
- Ja, men pointen er, at den, vi ser, måske ikke har rejst alle så langt : P
- Kunne den nedvælgende forklare, hvad de synes er forkert med mit indlæg?
Svar
-
En foton vil rejse “med hastigheden af lys “indtil blokeret. Fra hastigheden og den forløbne tid kan du beregne, hvor langt lyset bevæger sig.
-
Laserlys består af mere end en foton “i fase”, som har nøjagtig den samme egenskab i denne henseende, som en ensom foton.
Kommentarer
- Har lyset STOP efter en vis afstand?
- Kun hvis det interagerer med noget andet, dvs. absorberes efter at have ramt et atom eller en anden partikel. Ellers er der ingen grund til, at det bare forsvinder.
- Der ‘ er ikke kun ingen grund til bare at forsvinde, det kan endda ikke bare forsvinde, fordi det ville krænker energibesparelsen.
- Det kan være værd at bemærke, at rummet ikke er et vakuum, men et tyndt plasma, der kan interagere med fotonet og forhindre det i at rejse til uendeligt.
- @iantresman Udfør venligst eller angiv en kilde til at betragte plads som et tyndt plasma. Jeg er opmærksom på vakuumtilstandens kvante skum, er det det du ‘ henviser til? Celtschk – fotonet kan forsvinde, så længe det gør det meget kort;)
Svar
Bemærk at det er korrekt, at en foton kan rejse en uendelig afstand på en uendelig tid, men den kan ikke nå et hvilket som helst ønsket punkt i universet .
Dette skyldes universets udvidelse, hvilket også fører til det faktum, at vi ikke kan modtage information uden for det observerbare univers.
Kommentarer
- Jeg ‘ har hørt dette kaldet ” kommunikationshorisont “; Wikipedia-artiklen kalder det i øjeblikket en fremtidig horisont .
- Der er sandsynligvis flere muligheder for at kalde det; Jeg er ikke hjemmehørende, så jeg ved ikke ‘ ikke sikkert
Svar
En lille tilføjelse til de andre svarer: Selv om det virkelig er sandt, at lyset aldrig vil stoppe, hvis det ikke rammer noget, bliver det dog skiftet rødt og bliver dermed mindre energisk på grund af udvidelsen af universet. Eksempelvis består den kosmiske mikrobølgebaggrund af fotoner, der blev udsendt tilbage, da atomerne dannedes. Men dengang var temperaturen i universet omkring $ 3000 \, \ rm K $ (ca. smeltepunkt for jern), mens den kosmiske mikrobølgebaggrund i dag har en temperatur på kun $ 2,7 \, \ rm K $. Så de fotoner, vi ser i CMB, har rejst i mere end 13 milliarder år uden at forsvinde, men de har imidlertid skiftet i frekvens fra synligt lys ned til mikrobølger.
Kommentarer
- Betyder dette, at individuelle fotoner mister energi? Eller er det snarere det faldende antal fotoner, der ondt, hvilket resulterer i mindre energisk stråling?
- @ Aziraphale de enkelte fotoner mister energi (se mange relaterede spørgsmål / svar på dette sted om, hvordan dette hænger sammen med energibesparelse osv.)
- Fotoner mister ikke ‘ energi eller ‘ bliver skiftet rødt ‘. I hvilestellet, de blev udsendt, har de stadig deres oprindelige energi. Hvis vi måler deres absorption i en anden hvilestel (fx ved at ‘ ser ‘), opfatter vi dem som rødskiftede.
- @Julian: Du forveksler to ting: Rødt skift på grund af relativ bevægelse er noget andet end rødt skift på grund af kosmisk ekspansion. Derfor er ” relativ hastighed ” af massive objekter ved den kosmiske horisont kan nå lysets hastighed uden at krænke relativiteten: Det ‘ er ikke en relativ hastighed mellem objekter i specialrelativistisk forstand, men en udvidelse af selve rummet.
- @celtschk – interessant. Jeg tror ikke ‘ at ekspansion rød skift er virkelig anderledes end normal rød skift. Jeg tror, at fotonet stadig har sin oprindelige bølgelængde, momentum og energi ‘ hvad det angår ‘. Men hvis fotonet blev udsendt af en proton, der ikke har noget momentum, ville den proton ‘ se ‘ ekspansionens røde skift. Så min oprindelige hvileramme findes ikke ‘ t virkelig mere.
Svar
Forudsat at der ikke er noget for fotonet at interagere med (dvs. vi ser på det i vakuum), vil den gennemsnitlige frie vej være uendelig; det vil sige, det vil fortsætte med at rejse for evigt i en given retning. Der er intet, der stopper fotonets sti. Derfor vil det gå vilkårligt langt. Uanset om du har en enkelt foton eller en laser, vil svaret ikke ændre sig.
Det faktum, at fotonlinjer aldrig ender, manifesterer sig i en anden relevant kendsgerning. Hvis du ser på intensiteten $ I $ af lys på en sfære med radius $ r $ væk fra en punktkilde, falder intensiteten som $ 1 / r ^ 2 $. Mere specifikt, hvis $ P $ er kraften i den kilde, så er $ I (r) = \ frac { P} {4 \ pi r ^ 2}. $ $ 4 \ pi r ^ 2 $ i nævneren er kun kuglens overfladeareal.
Du synes måske, det er relativt trivielt, men faktisk , det er faktisk en ret dyb kendsgerning. Vi ved fra det 20. århundredes arbejde, at der er partikler, der ligner fotoner, men med nogle forskelle. En af disse er $ Z $ -bosonen. I modsætning til den masseløse foton er $ Z $ bosonen massiv. Dens masse er omkring $ 91 GeV / c ^ 2 $, hvilket er omkring 97 gange så massivt som en proton. Hvis du foretog den tilsvarende analyse for $ Z $ -bosoner, ville du finde ud af, at de henfald, og henfaldslængden er i størrelsesordenen $ 10 ^ {- 18} m $. En $ Z $ boson vil i gennemsnit kun rejse ca. så langt i vakuum. Dette fører til en anden funktionel form for ovennævnte intensitet, som vil have en eksponentiel dæmpning. Faktisk svarer denne masse i det væsentlige til at studere fotoner i et medium, der giver spredning (f.eks. inde i en superleder).
Det faktum, at fotonet ikke lider under den samme skæbne, er virkelig en konsekvens af dets massløshed. Der er mange mulige grænser for fotonmassen. Selvfølgelig giver netop det faktum, at vi ser fotoner fra meget lange afstande, en (ret stærk) øvre grænse på fotonmassen, selvom den måske er en smule vildledende, da der er visse usædvanlige modeller, der undgår denne stærke grænse.De mest robuste, modeluafhængige grænser, vi har til dato, er omkring $ 10 ^ {- 14} eV / c ^ 2 $, det vil sige en faktor på omkring $ 10 ^ {23} $ lavere end protonmassen.
Svar
En lysstråle eller en laserstråle stopper ikke, før den når en forhindring.
Hvis der er ingen forhindringer, lyset stopper ALDRIG. Den har ingen ende.
Svar
Uanset om det er en stråle eller en lysstråle, vil fotoner fortsætte med at rejse, indtil de absorberes. Fotoner kan ikke stoppe, fordi de bevæger sig med en konstant hastighed, lysets hastighed, dvs. de kan ikke accelerere eller bremse. Imidlertid ændres deres bølgelængder over tid på grund af udvidelsen af universet, dvs. deres bølgelængder får større og løs energi som sådan, fordi $ E _ {\ gamma} $ og $ \ lambda $ er omvendt proportionale,
$ E _ {\ gamma} = \ frac {hc} {\ lambda} $.
Svar
A “lysstråle “skal respekteres som” foton “, for her taler vi om fysik.
Mellem en enkelt foton og en laserstråle er der i dette tilfælde ingen forskel. Hver foton vil fortsætte sin rejse, indtil den stoppes, hver eneste foton er “uadskillelig” fra andre (i den forstand at de ikke er forskellige i sig selv). Fotoner fra en laserstråle er kun på det samme energiniveau og bevæger sig i samme retning (forudsat en perfekt laser), men dette er uden betydning for spørgsmålet.
En foton kan kun stoppes ved at interagere med det med nok energi. Hvis interaktionen er af lavere energi eller er et tyngdefelt, vil fotonet afvige, men fortsætte med at “bevæge sig”.
Og gør lyset (lysstråle og laserstråle) stopper efter at have kørt et stykke vej, eller har den ingen ende?
Jeg tror, du vil vide, om en foton kan rejse uden for universet . Hvis en foton når universets grænse, vil den fortsætte sin rejse og udvide selve universet!
Svar
Newton “s første lov siger, at en partikel vil have konstant hastighed, medmindre en ekstern kraft virker på den. Fotonen har ingen masse, men alligevel gælder den første lov stadig i tilfælde af lys.
- Når en lysstråle projiceres (f.eks.) fra jordens overflade til det ydre i rummet. Betingelsen er, at der ikke er nogen hindring for den indtil uendelig (den bevæger sig kun i vaccum). Mit spørgsmål er, hvor langt kan denne lysstråle gå?
$$ x = vt $$
I dette tilfælde $ c = v $ hvor $ c $ er lysets hastighed, der bevæger sig i vakuum (en konstant) og $ t $ ser ud til $ \ rightarrow \ infty $ seconds baseret på de oplysninger, der er givet i dit spørgsmål.
Den afstand, lyset rejser, afhænger af den tid, det rejser, fordi $ c $ er konstant i et vakuum, hvilket indebærer:
$$ x \ rightarrow \ infty $$
- Også i stedet for en lysstråle, hvis jeg betragter en laserstråle med samme betingelser, hvor langt kan en laserstråle gå?
Samme som med 1.
Sammenlign begge situationer.
Den ene er en lysstråle, der bevæger sig uendeligt i en vakuum og den anden er flere stråler af sammenhængende lys, der bevæger sig uendeligt i et vakuum.
Svar
Den afstand, som en partikel kan bevæge sig er delvist sat af sin masse.
Hvis partiklen har en masse mindre end noget som 7 eV, kan den krydse universet uden dæmpning.
Kommentarer
- Har du lyst til at uddybe, hvordan du kom til denne konklusion?
- hvad er “, der krydser ” universet?
- Og hvordan dæmper du ” ” en partikel?