-
Når en lysstråle projiseres, (si) fra jordoverflaten til utsiden i rommet. Betingelsen er at det ikke er noen hindring for det før uendelig (den beveger seg bare i vakuum). Spørsmålet mitt er at hvor langt kan den lysstrålen gå?
-
Også i stedet for en lysstråle, hvis jeg betrakter en laserstråle med samme forhold, så hvor langt kan en laserstråle gå?
Sammenlign begge situasjonene.
Og stopper lyset (lysstråle og laserstråle) etter å ha kjørt et stykke eller den har ingen slutt ?
Kommentarer
- Ikke helt sikker på hvorfor det ‘ er en bounty. Svaret fra iantresman svarer på spørsmålet ganske bra.
- Jeg er enig w / @ HDE226868
- Mulige duplikater: physics.stackexchange.com / q / 18555/2451 , physics.stackexchange.com/q/105980/2451 og lenker der.
- Er ditt første spørsmål egentlig en liten variant av dette: Hvor stor prosentandel av lys fra en stjerne som ligger i sentrum av universet når direkte kanten av universet?
- Etter mitt svar inkludert denne tegneserien har blitt oppstemt, nedstemt, flagget og slettet, jeg vil gjerne dele dette med deg som en kommentar. God jul til dere alle.
Svar
Teoretisk sett er fotonet (eller lysstrålen der virkelig ikke er en forskjell) kan gå en uendelig avstand og reise hele tiden med en hastighet $ c $.
Siden fotoner inneholder energi, $ E = h \ nu $, så energibesparelse krever at foton bare ødelegges via interaksjon (f.eks. absorpsjon i et atom). Det er ingenting som kan gjøre at fotonet bare stopper etter en viss avstand, det kan bare stoppes via en interaksjon av noe slag.
Merk at noe av lyset vi ser fra veldig fjerne galakser er noen milliarder år gamle og reiste mange yottameters for å komme hit. Hadde de ikke blitt absorbert av Hubble romteleskop , for eksempel , ville de ha fortsatt på vei gjennom galaksen vår (til noe annet stoppet den).
Kommentarer
- At ‘ forresten er en så fascinerende tanke … At alle disse tingene reiste i slike lenge tid til å nå oss … (ikke ‘ t engang start å ødelegge disse mytiske tankene med snakk om absorpsjon og re utslipp)
- Ja, men poenget er at da den vi ser kanskje ikke har reist alle det langt: P
- Kunne den nedstemte forklare hva de synes er feil med innlegget mitt?
Svar
-
En foton vil reise «i hastigheten av lys «til hindret. Fra hastigheten og forløpt tid kan du beregne hvor langt lyset vil bevege seg.
-
Laserlys består av mer enn ett foton «i fase», som har nøyaktig det samme eiendom i denne forbindelse, som en enslig foton.
Kommentarer
- Har lys STOPP etter litt avstand?
- Bare hvis det samhandler med noe annet, dvs. blir absorbert etter å ha truffet et atom eller en annen partikkel. Ellers er det ingen grunn til at den bare forsvinner.
- Der ‘ er ikke bare ingen grunn til å bare forsvinne, den kan til og med ikke bare forsvinne fordi det ville gjort bryter med bevaring av energi.
- Det kan være verdt å merke seg at rommet ikke er et vakuum, men et tynt plasma, som kan samhandle med fotonet, og forhindre at det reiser til uendelig.
- @iantresman Vennligst utfør eller gi en kilde for å anse at rommet er et tynt plasma. Jeg er klar over vakuumtilstandens kvante skum, er det det du ‘ refererer til? Celtschk – fotonet kan forsvinne så lenge det gjør det veldig kort;)
Svar
Merk at det er riktig at et foton kan bevege seg en uendelig avstand på en uendelig tid, men det kan ikke nå et hvilket som helst ønsket punkt i universet .
Dette er forårsaket av utvidelsen av universet, noe som også fører til at vi ikke kan motta informasjon utenfor det observerbare universet.
Kommentarer
- Jeg ‘ har hørt dette kalt » kommunikasjonshorisont «; Wikipedia-artikkelen kaller det for øyeblikket en fremtidens horisont .
- Det er sannsynligvis flere muligheter for å kalle det; Jeg er ikke-innfødt, så jeg vet ikke ‘ ikke
Svar
Et lite tillegg til de andre svarene: Selv om det virkelig er sant at lyset aldri vil stoppe hvis det ikke treffer noe, vil det imidlertid skifte rødt og dermed bli mindre energisk på grunn av utvidelsen av universet. For eksempel består den kosmiske mikrobølgebakgrunnen av fotoner som ble sendt ut da atomene ble dannet. Imidlertid var temperaturen i universet omtrent $ 3000 \, \ rm K $ (om smeltepunkt for jern) mens den kosmiske mikrobølgebakgrunnen i dag har en temperatur på bare $ 2,7 \, \ rm K $. Så fotonene vi ser i CMB har reist i mer enn 13 milliarder år uten å forsvinne, men de har skiftet i frekvens fra synlig lys ned til mikrobølger.
Kommentarer
- Betyr dette at individuelle fotoner mister energi? Eller er det snarere et fallende antall fotoner som ach oss, noe som resulterer i mindre energisk stråling?
- @Aziraphale de enkelte fotonene mister energi (se mange relaterte spørsmål / svar på dette nettstedet om hvordan dette henger sammen med energibesparelse osv.)
- Fotonene mister ikke ‘ taper energi eller ‘ skifter rødt ‘. I rammen de ble sluppet ut, har de fortsatt sin opprinnelige energi. Hvis vi måler deres absorpsjon i en annen hvileramme (f.eks. Ved ‘ å se ‘), vil vi oppfatte dem som rødskiftet.
- @ Julian: Du forvirrer to ting: Rødt skift på grunn av relativ bevegelse er noe annerledes enn rødt skift på grunn av kosmisk ekspansjon. Det er også grunnen til at ved den kosmiske horisonten » relativ hastighet » til massive objekter kan nå lysets hastighet uten å bryte relativiteten: Det ‘ er ikke en relativ hastighet mellom objekter i spesial-relativistisk forstand, men en utvidelse av selve rommet.
- @celtschk – interessant. Jeg tror ikke ‘ t utvidelse rød skift er virkelig annerledes enn vanlig rød skift. Jeg tror fotonet fremdeles har sin opprinnelige bølgelengde, momentum og energi ‘ så langt det gjelder ‘. Men hvis fotonet ble sendt ut av et proton som ikke har momentum, ville protonen ‘ se ‘ utvidelsen rød skift. Så den opprinnelige hvilerammen min eksisterer ikke ‘ t virkelig lenger.
Svar
Forutsatt at det ikke er noe som fotonet kan samhandle med (dvs. vi ser på det i vakuum), vil den gjennomsnittlige frie banen være uendelig; det vil si at den vil fortsette å reise for alltid i en gitt retning. Det er ingenting som vil stoppe fotonets vei. Derfor vil det gå vilkårlig langt. Enten du har en enkelt foton eller en laser, vil ikke svaret endre seg.
Det faktum at fotonlinjer aldri vil ende, manifesterer seg i et annet relevant faktum. Hvis du ser på intensiteten $ I $ av lys på en sfære med radius $ r $ vekk fra en punktkilde, faller intensiteten av som $ 1 / r ^ 2 $. Mer spesifikt, hvis $ P $ er kraften til den kilden, så er $ I (r) = \ frac { P} {4 \ pi r ^ 2}. $ $ 4 \ pi r ^ 2 $ i nevneren er bare overflatearealet til sfæren.
Du synes kanskje dette er relativt trivielt, men faktisk , det er faktisk et ganske dypt faktum. Vi vet fra det 20. århundre arbeidet at det er partikler som ligner på fotoner, men med noen forskjeller. En av disse er $ Z $ -boson. I motsetning til det masseløse fotonet, er $ Z $ bosonen massiv. Massen er rundt $ 91 GeV / c ^ 2 $, som er omtrent 97 ganger så massiv som et proton. Hvis du gjorde den tilsvarende analysen for $ Z $ -bosoner, ville du finne at de forfaller, og forfallslengden er i størrelsesorden $ 10 ^ {- 18} m $. En $ Z $ boson vil i gjennomsnitt bare reise omtrent så langt i vakuum. Dette fører til en annen funksjonell form for ovennevnte intensitet, som vil ha en eksponentiell demping. Faktisk tilsvarer denne massen i det vesentlige å studere fotoner i et medium som gir spredning (f.eks. inne i en superleder).
Det faktum at fotonet ikke lider av den samme skjebnen, er virkelig en konsekvens av masseløsheten. Det er mange mulige grenser for fotonmassen. Bare det at vi ser fotoner fra veldig lange avstander, gir selvfølgelig en (ganske sterk) øvre grense på fotonmassen, selv om den kanskje er litt villedende, da det er visse uvanlige modeller som unngår denne sterke grensen.De mest robuste, modelluavhengige grensene vi har hittil er omtrent $ 10 ^ {- 14} eV / c ^ 2 $, det vil si en faktor på rundt $ 10 ^ {23} $ lavere enn protonmassen.
Svar
En lysstråle eller en laserstråle vil ikke stoppe før den når en hindring.
Hvis det er ingen hindring, lys vil ALDRI stoppe. Den har ingen slutt.
Svar
Enten det er en stråle eller lysstråle, vil fotoner fortsette å reise til de er absorbert. Fotoner kan ikke stoppe fordi de beveger seg med konstant hastighet, lysets hastighet, dvs. de kan ikke akselerere eller bremse. Imidlertid endres bølgelengdene over tid på grunn av at utvidelsen av universet, dvs. deres bølgelengder får større og løs energi som sådan fordi $ E _ {\ gamma} $ og $ \ lambda $ er omvendt proporsjonal,
$ E _ {\ gamma} = \ frac {hc} {\ lambda} $.
Svar
A «lysstråle «må respekteres som» foton «fordi her snakker vi fysikk.
Mellom en enkelt foton og en laserstråle, i dette tilfellet, er det ingen forskjell. Hver foton vil fortsette reisen til den er stoppet, hver eneste foton er «ikke skiller seg» fra andre (i den forstand at de ikke er annerledes annerledes). Fotonene til en laserstråle er bare på samme energinivå og beveger seg i samme retning (forutsatt en perfekt laser), men dette har ingen betydning for spørsmålet.
Et foton kan bare stoppes ved å samhandle med den med nok energi. Hvis interaksjonen har lavere energi eller er et gravitasjonsfelt, vil fotonet avvikes, men fortsette å «bevege seg».
Og gjør lyset (lysstråle og laserstråle) stopper etter å ha kjørt et stykke eller det ikke har noen slutt?
Jeg tror at du vil vite om en foton kan reise utenfor universet . Hvis en foton når grensen til universet, vil den fortsette reisen og utvide selve universet!
Svar
Newton «s første lov sier at en partikkel vil ha konstant hastighet med mindre en ytre kraft virker på den. Fotonen har ingen masse, men likevel holder den første loven sant når det gjelder lys.
- Når en lysstråle projiseres, (si) fra jordens overflate til utsiden i rommet. Betingelsen er at det ikke er noen hindring for den før uendelig (den beveger seg bare i vakuum). Spørsmålet mitt er at hvor langt kan den lysstrålen gå?
$$ x = vt $$
I dette tilfellet $ c = v $ hvor $ c $ er lyshastigheten i vakuum (en konstant) og $ t $ ser ut til $ \ rightarrow \ infty $ seconds basert på informasjonen som er gitt i spørsmålet ditt.
Avstanden lyset reiser avhenger av tiden det reiser for fordi $ c $ er konstant i et vakuum som innebærer:
$$ x \ rightarrow \ infty $$
- I stedet for en lysstråle, hvis jeg vurderer en laserstråle med samme forhold, hvor langt kan en laserstråle gå?
Samme som med 1.
Sammenlign begge situasjonene.
Den ene er en lysstråle som beveger seg uendelig i en vakuum og den andre er flere stråler av sammenhengende lys som beveger seg uendelig i vakuum.
Svar
Avstanden som en partikkel kan bevege seg er delvis satt av massen.
Hvis partikkelen har en masse mindre enn noe som 7 eV, kan den krysse universet uten demping.
Kommentarer
- Bryr deg om å utdype hvordan du kom til denne konklusjonen?
- hva er » krysser » universet?
- Og hvordan demper du » » en partikkel?