Quanto lontano può arrivare la luce?

Teoricamente, il fotone (o il raggio di fotoni, lì non è “una differenza”) può percorrere una distanza infinita, viaggiando sempre a una velocità $ c $.

Poiché i fotoni contengono energia, $ E = h \ nu $, quindi conservazione dellenergia richiede che il fotone venga distrutto solo tramite interazione (ad esempio, assorbimento in un atomo). Non cè nulla che possa fermare il fotone semplicemente dopo una certa distanza, può essere fermato solo tramite uninterazione di qualche tipo.

Nota che parte della luce che stiamo vedendo da galassie molto distanti ha alcuni miliardi di anni e ha viaggiato molti yottameters per arrivare qui. Se non fossero stati assorbiti dal telescopio spaziale Hubble , ad esempio , avrebbero continuato il loro cammino attraverso la nostra galassia (fino a quando qualcosaltro non lavesse fermato).

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• Questo ‘ è un pensiero così affascinante, a proposito … che tutte quelle cose hanno viaggiato per così a lungo è ora di raggiungerci … (non ‘ nemmeno iniziare a rovinare queste mitiche riflessioni con discorsi sullassorbimento e la ri emissione)
• Sì, ma il punto è che allora quello che vediamo potrebbe non aver viaggiato tutto così lontano: P
• Potrebbe il downvoter spiegare cosa pensano sia sbagliato con il mio post?

1. Un fotone viaggerà “alla velocità di luce “finché non viene ostruito. Dalla velocità e dal tempo trascorso, puoi calcolare la distanza percorsa dalla luce.

2. La luce laser è costituita da più di un fotone “in fase”, che ha esattamente lo stesso proprietà sotto questo aspetto, come un fotone solitario.

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• La luce ha uno STOP dopo una certa distanza?
• Solo se interagisce con qualcosaltro, ad es. viene assorbito dopo aver colpito un atomo o unaltra particella. Altrimenti non cè motivo per svanire.
• Non solo ‘ non solo non cè motivo per svanire, ma non può nemmeno svanire perché così facendo violare la conservazione dellenergia.
• Può valere la pena notare che lo spazio non è un vuoto, ma un sottile plasma, che può interagire con il fotone, impedendogli di viaggiare verso linfinito.
• @iantresman Si prega di elaborare o fornire una fonte per considerare lo spazio come un plasma sottile. Sono consapevole della natura della schiuma quantistica dello stato del vuoto, è questo ciò a cui ti riferisci ‘? Celtschk- il fotone può svanire fintanto che lo fa molto brevemente;)

Nota che è vero che un fotone può percorrere una distanza infinita in un tempo infinito, ma può non raggiungere qualsiasi punto desiderato nelluniverso .

Ciò è causato dallespansione delluniverso, che porta anche al fatto che non possiamo ricevere informazioni al di fuori delluniverso osservabile.

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• ‘ lho sentito chiamare ” orizzonte di comunicazione “; larticolo di Wikipedia attualmente lo chiama orizzonte futuro .
• Probabilmente ci sono diverse opzioni su come chiamarlo; Non sono nativo, quindi non ‘ lo so per certo

Una piccola aggiunta alle altre risposte: sebbene sia vero che la luce non si fermerà mai se non colpisce nulla, verrà comunque spostata verso il rosso, e quindi diventerà meno energetico, a causa dellespansione delluniverso. Ad esempio, il fondo cosmico a microonde è costituito da fotoni che sono stati emessi quando si sono formati gli atomi. Tuttavia, allepoca la temperatura delluniverso era di circa $ 3000 \, \ rm K $ (circa punto di fusione del ferro) mentre oggi il fondo cosmico a microonde ha una temperatura di soli $ 2,7 \, \ rm K $. Quindi i fotoni che vediamo nella CMB hanno viaggiato per più di 13 miliardi di anni senza svanire, tuttavia hanno cambiato frequenza da luce visibile fino alle microonde.

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• Significa che i singoli fotoni perdono energia? O è piuttosto il numero decrescente di fotoni che mal di noi, con conseguente radiazione meno energetica?
• @Aziraphale i singoli fotoni perdono energia (vedi molte domande / risposte correlate su questo sito su come questo si lega al risparmio energetico ecc.)
• I fotoni non ‘ perdono energia o ‘ diventano spostati in rosso ‘. Nel frame di riposo sono stati emessi hanno ancora la loro energia originale. Se misuriamo il loro assorbimento in un diverso frame di riposo (ad esempio ‘ vedendo ‘), li percepiremo come spostati in rosso.
• @Julian: Stai confondendo due cose: lo spostamento verso il rosso dovuto al movimento relativo è qualcosa di diverso rispetto allo spostamento verso il rosso dovuto allespansione cosmica. Questo è anche il motivo per cui allorizzonte cosmico la ” velocità relativa ” degli oggetti massicci può raggiungere la velocità della luce senza violare la relatività: ‘ non è una velocità relativa tra oggetti in senso relativistico speciale, ma unespansione dello spazio stesso.
• @celtschk – interessante. Non ‘ penso che lo spostamento verso il rosso dellespansione sia davvero diverso dal normale spostamento verso il rosso. Penso che il fotone abbia ancora la sua lunghezza donda, quantità di moto ed energia originali ‘ per quanto lo riguarda ‘. Ma se il fotone fosse emesso da un protone che non ha quantità di moto, allora quel protone ‘ vedrebbe ‘ lo spostamento verso il rosso dellespansione. Quindi il mio frame di riposo originale non ‘ non esiste più.

A condizione che il fotone non abbia nulla con cui interagire (cioè lo guardiamo nel vuoto), il percorso libero medio sarà infinito; cioè, continuerà a viaggiare per sempre in una determinata direzione. Non cè niente che fermerà il percorso del fotone. Quindi, andrà arbitrariamente lontano. Che tu abbia un singolo fotone o un laser, la risposta non cambierà.

Il fatto che le linee di fotoni non finiranno mai si manifesta in un altro fatto rilevante. Se guardi lintensità $ I $ della luce su una sfera di raggio $ r $ lontana da una sorgente puntiforme, lintensità scende a $ 1 / r ^ 2 $. Più specificamente, se $ P $ è la potenza di quella sorgente, allora $ I (r) = \ frac { P} {4 \ pi r ^ 2}. $ $ 4 \ pi r ^ 2 $ al denominatore è solo larea della superficie della sfera.

Potresti pensare che sia relativamente banale, ma in realtà , in realtà è un fatto piuttosto profondo. Sappiamo dal lavoro del 20 ° secolo che ci sono particelle simili ai fotoni ma con alcune differenze. Uno di questi è il $ Z $ -boson. A differenza del fotone senza massa, il bosone $ Z $ è massiccio. La sua massa è di circa $ 91 GeV / c ^ 2 $, che è circa 97 volte più massiccia di un protone. Se eseguissi lanalisi corrispondente per $ Z $ -bosons, scopriresti che decadono e la lunghezza del decadimento è dellordine di $ 10 ^ {- 18} m $. Un bosone $ Z $ viaggerà in media solo circa che lontano nel vuoto. Questo porta ad una diversa forma funzionale per la suddetta intensità, che avrà uno smorzamento esponenziale. Infatti, questa massa è essenzialmente equivalente allo studio dei fotoni in un mezzo che fornisce dissipazione (ad esempio allinterno di un superconduttore).

Il fatto che il fotone non subisca lo stesso destino è in realtà una conseguenza della sua assenza di massa. Ci sono molti possibili limiti sulla massa del fotone. Naturalmente, solo il fatto che vediamo fotoni da distanze molto lunghe fornisce un limite superiore (piuttosto forte) sulla massa del fotone, anche se forse è un po ingannevole poiché ci sono alcuni modelli insoliti che evitano questo forte limite.I limiti più robusti e indipendenti dal modello che abbiamo fino ad oggi sono circa $ 10 ^ {- 14} eV / c ^ 2 $, cioè un fattore di circa $ 10 ^ {23} $ inferiore alla massa del protone.

Un raggio di luce o un raggio laser non si fermerà finché non raggiunge un ostacolo.

Se cè nessun ostacolo, la luce non si fermerà MAI. Non ha fine.

Un “raggio di luce “deve essere respinto come” fotone “perché qui stiamo parlando di fisica.

Tra un singolo fotone e un raggio laser, in questo caso, non cè differenza. Ogni fotone continuerà il suo viaggio fino a fermarsi, ogni singolo fotone è “indistinguibile” dagli altri (nel senso che non sono intrinsecamente diversi). I fotoni di un raggio laser sono solo allo stesso livello di energia e viaggiano nella stessa direzione (assumendo un laser perfetto) ma questo non ha importanza per la domanda.

Un fotone può essere fermato solo interagendo con esso con abbastanza energia. Se linterazione è di energia inferiore o è un campo gravitazionale, il fotone verrà deviato ma continuerà a “muoversi”.

E la luce (raggio di luce e raggio laser) si ferma dopo aver percorso una certa distanza o non ha fine?

Penso che tu voglia sapere se un fotone può viaggiare al di fuori dellUniverso . Se un fotone raggiunge il limite dellUniverso, continuerà il suo viaggio, estendendo lUniverso stesso!

Newton “s prima legge afferma che una particella avrà velocità costante a meno che una forza esterna non agisca su di essa. Il fotone non ha massa, ma ciononostante la prima legge è ancora valida nel caso della luce.

1. Quando viene proiettato un raggio di luce, (diciamo) dalla superficie della Terra verso lesterno nello spazio. La condizione è che non vi siano ostacoli fino a infinity (viaggia solo sotto vuoto). La mia domanda è: quanto lontano può arrivare quel raggio di luce?

$$ x = vt $$

In questo caso $ c = v $ dove $ c $ è la velocità della luce che viaggia nel vuoto (una costante) e $ t $ sembra $ \ rightarrow \ infty $ secondi in base alle informazioni fornite nella tua domanda.

La distanza percorsa dalla luce dipende dal tempo per cui percorre perché $ c $ è costante nel vuoto che implica:

$$ x \ rightarrow \ infty $$

2. Inoltre, invece di raggio di luce, se considero un raggio di laser con le stesse condizioni, fino a che punto può arrivare un raggio laser?

Come con 1.

Confronta entrambe le situazioni.

Uno è un raggio di luce che viaggia infinitamente in un il vuoto e laltro è diversi raggi di luce coerente che viaggiano infinitamente nel vuoto.

La distanza che una particella può percorrere è in parte determinato dalla sua massa.

Se la particella ha una massa inferiore a qualcosa come 7 eV, allora potrebbe attraversare luniverso senza attenuazione.

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• Ti interessa approfondire come sei arrivato a questa conclusione?
• cosè ” attraversando ” luniverso?
• E come ” attenua ” una particella?