-
Kun valonsäde projisoidaan, sanotaan esimerkiksi maan pinnalta avaruuteen. Edellytyksenä on, ettei sille ole mitään estettä äärettömyyteen asti (se kulkee vain tyhjiössä). Kysymykseni on, kuinka pitkälle tuo valonsäde voi mennä?
-
Myös valonsäteen sijaan jos tarkastelen lasersädettä samoilla ehdoilla, niin kuinka pitkälle lasersäde menee?
Vertaa molempia tilanteita.
Ja valo (valonsäde ja lasersäde) pysähtyy matkan jälkeen tai sillä ei ole loppua ?
Kommentit
- En ole varma, miksi ’ on palkkio. Iantresmanin vastaus vastaa kysymykseen melko hyvin.
- Hyväksyn w / @ HDE226868
- Mahdolliset kaksoiskappaleet: physics.stackexchange.com / q / 18555/2451 , physics.stackexchange.com/q/105980/2451 ja linkit siihen.
- On ensimmäinen kysymyksesi lähinnä pieni muunnelma tästä: Kuinka suuri prosenttiosuus maailmankaikkeuden keskellä sijaitsevasta tähdestä tulevasta valosta saavuttaa suoraan maailmankaikkeuden reunan?
- Vastaukseni mukaan tämä sarjakuva on saanut ylimääräisen äänen, alemman äänestyksen, merkitty ja poistettu. Haluan jakaa tämän kanssasi kommenttina. Hyvää joulua kaikille teille.
Vastaa
Teoreettisesti fotoni (tai fotonisäde, siellä) ei todellakaan ole ”ta-ero” voi mennä ääretön matka, matkustaa koko ajan nopeudella $ c $.
Koska fotonit sisältävät energiaa, $ E = h \ nu $, niin energiansäästö edellyttää, että fotoni tuhoutuu vain vuorovaikutuksella (esim. absorbtio atomissa). Mikään ei saa fotonia yksinkertaisesti pysähtymään jonkin matkan jälkeen, se voidaan pysäyttää vain jonkinlainen vuorovaikutus.
Huomaa, että osa hyvin kaukaisista galakseista näkemämme valo on noin miljardeja vuosia vanha ja matkustanut. monet yottameterit päästä tänne. Jos esimerkiksi Hubble-avaruusteleskooppi ei olisi absorboinut niitä , he olisivat jatkaneet matkaa galaksissamme (kunnes jokin muu pysäyttänyt sen).
Kommentit
- Se ’ on muuten niin kiehtova ajatus … että kaikki nuo asiat matkustivat niin kauan aika tavoittaa meidät … (älä ’ edes aloita pilata näitä myyttisiä mietteitä puheella imeytymisestä ja re päästöistä)
- Joo, mutta asia on, että silloin se, jonka näemme, ei ehkä ole matkustanut kaikkialle niin pitkälle: P
- Voisiko äänestäjä selittää mielestään väärin viestissäni?
Vastaa
-
Fotoni kulkee nopeudella valoa ”, kunnes se on tukossa. Nopeuden ja kuluneen ajan perusteella voit laskea, kuinka pitkälle valo kulkeutuu.
-
Laservalo koostuu useammasta ”vaiheisessa” fotonista, jolla on täsmälleen sama tässä suhteessa yksinäisenä fotonina.
Kommentit
- Onko valolla PYSÄYTYS jonkin matkan jälkeen?
- Vain jos se on vuorovaikutuksessa jonkin muun, ts. imeytyy osuessaan atomiin tai toiseen hiukkaseen. Muuten ei ole mitään syytä sen katoamiseen.
- Ei ’ ole mitään syytä vain kadota, se ei edes voi vain kadota, koska se tekisi rikkovat energiansäästöä.
- Voi olla syytä huomata, että tila ei ole tyhjiö, vaan ohut plasma, joka voi olla vuorovaikutuksessa fotonin kanssa, estäen sen kulkemisen äärettömyyteen.
- @iantresman Ole hyvä tai kehitä lähde, jos pidät tilaa avarana plasmana. Olen tietoinen tyhjiötilan kvanttivaahtoluonteesta, viittaatko sinä tähän ’? Celtschk – fotoni voi kadota, kunhan se tapahtuu hyvin lyhyesti;)
Vastaa
Huomaa, että se on oikein, että fotoni voi kulkea ääretön etäisyyden rajattomassa ajassa, mutta se voi ei päästä mihin tahansa haluttuun pisteeseen universumissa .
Tämän aiheuttaa maailmankaikkeuden laajeneminen, mikä johtaa myös siihen, että emme voi vastaanottaa tietoa havaittavan maailmankaikkeuden ulkopuolella.
kommentit
- Olen ’ kuullut tämän nimeltä ” viestintähorisontti ”; Wikipedia-artikkelissa sitä kutsutaan tällä hetkellä tulevaisuuden horisontiksi .
- Luultavasti on olemassa useita vaihtoehtoja sen kutsumiseksi; En ole syntyperäinen, joten en ’ tiedä varmasti
Vastaa
Yksi pieni lisäys muihin vastauksiin: Vaikka onkin totta, että valo ei koskaan lakkaa, jos se ei osu mihinkään, se muuttuu kuitenkin punaiseksi ja muuttuu siten vähemmän energinen, maailmankaikkeuden laajenemisen takia. Esimerkiksi kosminen mikroaaltotausta koostuu fotoneista, jotka säteilivät takaisin atomien muodostuessa. Kuitenkin tuolloin maailmankaikkeuden lämpötila oli noin 3000 dollaria \, \ rm K $ (noin raudan sulamispiste), kun taas nykyään kosmisen mikroaaltotaustan lämpötila on vain 2,7 dollaria \, \ rm K $. Joten fotonit, jotka näemme CMB: ssä, ovat kulkeneet yli 13 miljardia vuotta katoamatta, mutta niiden taajuus on siirtynyt näkyvä valo alas mikroaalloihin.
Kommentit
- Tarkoittaako tämä, että yksittäiset fotonit menettävät energiaa? Vai pikemminkin fotonien määrän väheneminen uudelleen satuttaa meitä, mikä johtaa vähemmän energiseen säteilyyn?
- @Aziraphale yksittäiset fotonit menettävät energiaa (katso paljon aiheeseen liittyviä kysymyksiä / vastauksia tältä sivustolta siitä, miten tämä liittyy energiansäästöön jne.)
- Fotonit eivät ’ menetä energiaa tai ’ muuttuvat punaisiksi ’. Loppukehyksessä he päästivät heille vielä alkuperäisen energiansa. Jos mitataan niiden absorptio eri lepokehyksissä (esim. ’ näkemällä ’), havaitsemme niiden olevan punaisia siirtyneitä. / li>
- @Julian: Olet hämmentämässä kahta asiaa: Suhteellisen liikkeen aiheuttama punainen muutos on jotain erilaista kuin kosmisen laajenemisen aiheuttama punainen siirtymä. Siksi kosmisessa horisontissa massiivisten esineiden ” suhteellinen nopeus ” voi saavuttaa valon nopeuden rikkomatta suhteellisuusteoriaa: Se ’ ei ole suhteellinen nopeus esineiden välillä erityis-relativistisessa mielessä, vaan itse avaruuden laajeneminen.
- @celtschk – mielenkiintoista. En ’ usko, että punaisen muutoksen laajeneminen on todella erilainen kuin normaalissa punaisessa siirtymässä. Mielestäni fotonilla on edelleen alkuperäinen aallonpituus, liikemäärä ja energia ’ siltä osin kuin se koskee ’. Mutta jos fotonin lähettäisi protoni, jolla ei ole vauhtia, protoni näyttäisi ’ ’ punaisen laajenemisen. Joten alkuperäistä lepokehystäni ei ’ ole oikeastaan enää olemassa.
Vastaa
Mikäli fotonilla ei ole mitään vuorovaikutuksessa (ts. katsomme sitä tyhjiössä), keskimääräinen vapaa polku on rajaton; eli se jatkaa matkaa ikuisesti tiettyyn suuntaan. Mikään ei pysäytä fotonin polkua. Siksi se menee mielivaltaisesti kauas. Olipa sinulla yksi ainoa fotoni tai laser, vastaus ei muutu.
Se tosiasia, että fotonilinjat eivät koskaan pääty, ilmenee toisessa asiaankuuluvassa tosiasiassa. Jos tarkastelet valon voimakkuutta $ I $ pallolla, jonka säde on $ r $ pois pistelähteestä, intensiteetti laskee arvona $ 1 / r ^ 2 $. Tarkemmin sanottuna, jos $ P $ on kyseisen lähteen voima, niin $ I (r) = \ frac { P} {4 \ pi r ^ 2}. $ Nimittäjän $ 4 \ pi r ^ 2 $ on vain pallon pinta-ala.
Voit ajatella, että tämä on suhteellisen triviaalia, mutta itse asiassa , se on oikeastaan melko syvä tosiasia. 1900-luvun teoksesta tiedämme, että on hiukkasia, jotka ovat samanlaisia kuin fotonit, mutta joidenkin erojen kanssa. Yksi näistä on $ Z $ -bosoni. Toisin kuin massaton fotoni, $ Z $ bosoni on massiivinen. Sen massa on noin 91 dollaria GeV / c ^ 2 $, mikä on noin 97 kertaa massiivisempi kuin protoni. Jos teit vastaavan analyysin $ Z $ -bosoneille, huomaat, että ne hajoavat, ja hajoamispituus on luokkaa $ 10 ^ {- 18} m $. A $ Z $ -bosoni matkustaa keskimäärin vain noin Tämä johtaa erilaiseen toiminnalliseen muotoon yllä olevalle voimakkuudelle, jolla on eksponentiaalinen vaimennus. Itse asiassa tämä massa vastaa olennaisesti fotonien tutkimista väliaineessa, joka tuottaa hajaantumisen (esim. suprajohteen sisällä).
Se tosiasia, että fotoni ei kärsi samasta kohtalosta, on todella seurausta sen massattomuudesta. Fotonimassalla on monia mahdollisia rajoja. Tietysti pelkästään se, että näemme fotoneja hyvin pitkältä etäisyydeltä, antaa (melko vahvan) ylärajan fotonimassalle, vaikka se onkin ehkä hieman petollinen, koska on olemassa tiettyjä epätavallisia malleja, jotka välttävät tämän voimakkaan sidoksen.Voimakkaimmat, mallista riippumattomat rajat, joita meillä on tähän mennessä, ovat noin $ 10 ^ {- 14} eV / c ^ 2 $, eli kerroin on noin $ 10 ^ {23} $ pienempi kuin protonimassa.
vastaus
Valonsäde tai lasersäde pysähtyy vasta, kun se saavuttaa esteen.
Jos on ei mitään esteitä, valo EI KOSKAAN pysähdy. Sillä ei ole loppua.
Vastaa
Olipa kyseessä valonsäde tai valonsäde, fotonit liikkuvat, kunnes ne absorboivat. Fotonit eivät voi pysähtyä, koska ne liikkuvat vakionopeudella, valon nopeudella, ts. Ne eivät voi kiihtyä tai hidastua. Niiden aallonpituudet kuitenkin muuttuvat ajan myötä maailmankaikkeuden laajenemisen vuoksi, ts. Niiden aallonpituudet saavat sellaisenaan suurempaa ja löysää energiaa, koska $ E _ {\ gamma} $ ja $ \ lambda $ ovat kääntäen verrannollisia $ E _ {\ gamma} = \ frac {hc} {\ lambda} $.
Vastaa
”Valonsäde” ”on hengitettävä” fotoniksi ”, koska tässä puhutaan fysiikasta.
Yksittäisen fotonin ja lasersäteen välillä tässä tapauksessa ei ole eroa. Jokainen fotoni jatkaa matkansa pysähtymiseen saakka, jokainen fotoni on ”erottamaton” muista (siinä mielessä, että ne eivät eroa sisäisesti). Lasersäteen fotonit ovat vain samalla energiatasolla ja liikkuvat samaan suuntaan (olettaen täydellisen laserin), mutta tällä ei ole merkitystä kysymyksen kannalta.
Fotoni voidaan pysäyttää vain vuorovaikutuksessa sen kanssa tarpeeksi energiaa. Jos vuorovaikutus on pienemmällä energialla tai gravitaatiokenttä, fotoni poikkeaa, mutta jatkaa ”liikkumista”.
Ja tekee valon (valonsäde) ja lasersäde) pysähtyy matkan jälkeen tai sillä ei ole loppua?
Luulen, että haluat tietää, voiko fotoni kulkea maailmankaikkeuden ulkopuolella . Jos fotoni saavuttaa maailmankaikkeuden rajan, se jatkaa matkansa jatkaen itse universumia!
vastaus
Newton ”s ensimmäinen laki sanoo, että hiukkasella on vakionopeus, ellei sitä kohdista ulkoinen voima. Fotonilla ei ole massaa, mutta silti ensimmäinen laki pätee valon tapauksessa.
- Kun valonsäde projisoidaan (sanotaan) maapallon pinnalta avaruuteen ulkopuolelle. Edellytyksenä on, että sitä ei ole estetty ennen kuin ääretön (se kulkee vain tyhjiössä). Kysymykseni on, kuinka pitkälle valonsäde voi mennä?
$$ x = vt $$
Tässä tapauksessa $ c = v $, jossa $ c $ on tyhjiössä kulkevan valon nopeus (vakio) ja $ t $ näyttää kysymyksessäsi annettujen tietojen perusteella olevan $ \ rightarrow \ infty $ sekuntia.
Valon kulkeminen riippuu ajasta, jonka ajaksi se matkustaa, koska $ c $ on vakio tyhjiössä, mikä merkitsee: p>
$$ x \ rightarrow \ infty $$
- Samoin valonsäde, jos otan huomioon lasersäteen samoilla ehdoilla, kuinka pitkälle lasersäde voi mennä?
Sama kuin 1.
Vertaa molempia tilanteita.
Yksi on valonsäde, joka kulkee loputtomasti tyhjiö ja toinen on useita yhtenäisen valon säteitä, jotka kulkevat loputtomasti tyhjössä.
Vastaus
Etäisyys, jonka hiukkanen voi kuljettaa on osittain sen massan asettama.
Jos hiukkasen massa on pienempi kuin noin 7 eV, se voi ylittää maailmankaikkeuden vaimentamatta.
Kommentit
- Haluatko tarkentaa, miten tulit tähän johtopäätökseen?
- mikä ” ylittää ” maailmankaikkeuden?
- Ja miten ” vaimentat ” hiukkasia?