-
Wanneer een lichtstraal wordt geprojecteerd, (laten we zeggen) van het aardoppervlak naar buiten in de ruimte. De voorwaarde is dat er geen belemmering voor is tot infinity (het reist alleen in vacuüm). Mijn vraag is: hoever kan die lichtstraal gaan?
-
In plaats van een lichtstraal, als ik een laserstraal met dezelfde omstandigheden beschouw, hoe ver kan een laserstraal gaan?
Vergelijk beide situaties.
En stopt het licht (lichtstraal en laserbundel) na enige afstand of het heeft geen einde ?
Opmerkingen
- Ik weet niet precies waarom er ‘ een premie is. Het antwoord van iantresman beantwoordt de vraag redelijk goed.
- Ik ga akkoord met @ HDE226868
- Mogelijke duplicaten: physics.stackexchange.com / q / 18555/2451 , physics.stackexchange.com/q/105980/2451 en links daarin.
- Is je eerste vraag is in wezen een kleine variant hiervan: welk percentage van het licht van een ster in het centrum van het universum bereikt direct de rand van het universum?
- Na mijn antwoord inclusief deze cartoon is gestemd, verlaagd, gemarkeerd en verwijderd, ik wil dit graag met je delen als een opmerking. Vrolijk kerstfeest voor jullie allemaal.
Antwoord
Theoretisch kan het foton (of de bundel fotonen, daar echt geen verschil) kan een oneindige afstand overbruggen, terwijl ze de hele tijd reizen met een snelheid van $ c $.
Aangezien fotonen energie bevatten, $ E = h \ nu $, dan energiebesparing vereist dat het foton alleen wordt vernietigd via interactie (bijv. absorptie in een atoom). Er is niets waardoor het foton na enige afstand gewoon stopt, het kan alleen worden gestopt via een soort interactie.
Merk op dat een deel van het licht dat we zien van zeer verre sterrenstelsels enkele miljarden jaren oud is en heeft gereisd veel yottameters om hier te komen. Waren ze bijvoorbeeld niet opgenomen door Hubble-ruimtetelescoop , zouden ze hun weg door onze melkweg hebben vervolgd (totdat iets anders het stopte).
Opmerkingen
- Dat ‘ trouwens zon fascinerende gedachte is … Dat al die dingen zo lang hebben gereisd tijd om ons te bereiken … (don ‘ zelfs begin deze mythische overpeinzingen te bederven met gepraat over absorptie en re emissie)
- Ja, maar het punt is dat degene die we zien misschien niet zo ver heeft gereisd: P
- Kan de stemmer uitleggen wat hij denkt dat is mis met mijn bericht?
Antwoord
-
Een foton zal “reizen” met de snelheid van licht “totdat het wordt belemmerd. Aan de hand van de snelheid en de verstreken tijd kun je berekenen hoe ver het licht zal reizen.
-
Laserlicht bestaat uit meer dan één foton “in fase”, dat precies hetzelfde heeft eigendom in dit opzicht, als een eenzaam foton.
Opmerkingen
- Heeft het licht na enige afstand een STOP?
- Alleen als het in wisselwerking staat met iets anders, bijv. wordt geabsorbeerd na het raken van een atoom of een ander deeltje. Anders is er geen reden om het gewoon te laten verdwijnen.
- Daar ‘ s niet alleen geen reden om gewoon te verdwijnen, het kan zelfs niet zomaar verdwijnen, omdat het behoud van energie schenden.
- Het is misschien de moeite waard om op te merken dat ruimte geen vacuüm is, maar een dun plasma, dat kan interageren met het foton, waardoor het niet naar het oneindige kan reizen.
- @iantresman Geef een toelichting of geef een bron om ruimte te beschouwen als een dun plasma. Ik ben me bewust van de kwantumschuim-aard van de vacuümtoestand. Is dat waar u ‘ naar verwijst? Celtschk- het foton kan verdwijnen zolang het dit heel kort doet;)
Antwoord
Merk op dat het is correct dat een foton een oneindige afstand kan afleggen in een oneindige tijd, maar het kan niet elk gewenst punt in het universum bereiken .
Dit wordt veroorzaakt door de uitbreiding van het universum, wat er ook toe leidt dat we geen informatie kunnen ontvangen buiten het waarneembare universum.
Reacties
- Ik ‘ heb dit gehoord met de naam ” communicatiehorizon “; het Wikipedia-artikel noemt het momenteel een toekomstige horizon .
- Waarschijnlijk zijn er verschillende opties om het te noemen; Ik ben niet-native dus ik weet het niet ‘ zeker
Antwoord
Een kleine toevoeging aan de andere antwoorden: hoewel het inderdaad waar is dat het licht nooit zal stoppen als het niets raakt, zal het echter rood worden verschoven en dus minder worden energetisch, als gevolg van de uitdijing van het heelal. De kosmische microgolfachtergrond bestaat bijvoorbeeld uit fotonen die werden uitgezonden toen de atomen werden gevormd. Toen was de temperatuur van het heelal echter ongeveer $ 3000 \, \ rm K $ (ongeveer de smeltpunt van ijzer), terwijl de kosmische microgolfachtergrond tegenwoordig een temperatuur heeft van slechts $ 2,7 \, \ rm K $. De fotonen die we in de CMB zien, hebben dus meer dan 13 miljard jaar afgelegd zonder te verdwijnen, maar ze zijn in frequentie verschoven van zichtbaar licht tot in de microgolven.
Opmerkingen
- Betekent dit dat individuele fotonen energie verliezen? Of is het eerder het afnemende aantal fotonen dat doet ons pijn, wat resulteert in minder energetische straling?
- @Aziraphale de individuele fotonen verliezen energie (zie veel gerelateerde vragen / antwoorden op deze site over hoe dit verband houdt met energiebesparing enz.)
- De fotonen ‘ verliezen geen energie of ‘ worden rood verschoven ‘. In het rustframe dat ze werden uitgezonden, hebben ze nog steeds hun oorspronkelijke energie. Als we hun absorptie in een ander rustframe meten (bijvoorbeeld door ‘ ‘ te zien), zullen we zien dat ze rood zijn verschoven.
- @Julian: Je verwart twee dingen: roodverschuiving door relatieve beweging is iets anders dan roodverschuiving door kosmische uitbreiding. Dat is ook de reden waarom aan de kosmische horizon de ” relatieve snelheid ” van massieve objecten de snelheid van het licht kan bereiken zonder de relativiteitstheorie te schenden: het ‘ s geen relatieve snelheid tussen objecten in de speciaal-relativistische zin, maar een uitbreiding van de ruimte zelf.
- @celtschk – interessant. Ik denk niet dat ‘ de rode verschuiving voor uitbreiding echt anders is dan de normale rode verschuiving. Ik denk dat het foton nog steeds zijn oorspronkelijke golflengte, momentum en energie heeft ‘ wat het betreft ‘. Maar als het foton werd uitgezonden door een proton dat geen momentum heeft, dan zou dat proton ‘ ‘ de rode expansie zien verschuiven. Dus mijn oorspronkelijke rustframe bestaat niet ‘ t echt meer.
Antwoord
Op voorwaarde dat er niets is waar het foton mee kan interageren (dwz we bekijken het in vacuüm), zal het gemiddelde vrije pad oneindig zijn; dat wil zeggen, het zal voor altijd in een bepaalde richting blijven reizen. Er is niets dat het pad van het foton zal stoppen. Daarom zal het willekeurig ver gaan. Of je nu een enkel foton of een laser hebt, het antwoord zal niet veranderen.
Het feit dat fotonlijnen nooit zullen eindigen, manifesteert zich in een ander relevant feit. Als je kijkt naar de intensiteit $ I $ van licht op een bol met straal $ r $ verwijderd van een puntbron, daalt de intensiteit als $ 1 / r ^ 2 $. Meer specifiek, als $ P $ de kracht van die bron is, dan is $ I (r) = \ frac { P} {4 \ pi r ^ 2}. $ De $ 4 \ pi r ^ 2 $ in de noemer is gewoon de oppervlakte van de bol.
Je denkt misschien dat dit relatief triviaal is, maar in feite , het is eigenlijk een behoorlijk diep feit. We weten uit 20e-eeuws werk dat er deeltjes zijn die lijken op fotonen, maar met enkele verschillen. Een daarvan is het $ Z $ -boson. In tegenstelling tot het massaloze foton is het $ Z $ boson enorm. De massa is ongeveer $ 91 GeV / c ^ 2 $, wat ongeveer 97 keer zo zwaar is als een proton. Als je de overeenkomstige analyse voor $ Z $ -bosonen zou hebben gedaan, zou je “ontdekken dat ze vervallen, en dat de vervallengte in de orde van grootte van $ 10 ^ {- 18} m $ ligt. Een $ Z $ boson reist gemiddeld alleen rond zo ver in vacuüm. Dit leidt tot een andere functionele vorm voor de bovenstaande intensiteit, die een exponentiële demping zal hebben. In feite is deze massa in wezen gelijk aan het bestuderen van fotonen in een medium dat zorgt voor dissipatie (bijvoorbeeld in een supergeleider).
Het feit dat het foton niet hetzelfde lot ondergaat, is in feite een gevolg van zijn massaloosheid. Er zijn veel mogelijke grenzen aan de fotonmassa. Het feit dat we fotonen van zeer grote afstanden zien, levert natuurlijk een (vrij sterke) bovengrens op voor de fotonmassa, hoewel het misschien een beetje misleidend is, aangezien er bepaalde ongebruikelijke modellen zijn die deze sterke grens vermijden.De meest robuuste, modelonafhankelijke grenzen die we tot nu toe hebben, zijn ongeveer $ 10 ^ {- 14} eV / c ^ 2 $, dat wil zeggen een factor van ongeveer $ 10 ^ {23} $ lager dan de protonenmassa.
Antwoord
Een lichtstraal of een laserstraal stopt pas als hij een obstakel bereikt.
Als er geen belemmering, het licht zal NOOIT stoppen. Het heeft geen einde.
Antwoord
Of het nu een straal of lichtstraal is, fotonen blijven reizen totdat ze worden geabsorbeerd. Fotonen kunnen niet stoppen omdat ze reizen met een constante snelheid, de lichtsnelheid, d.w.z. ze kunnen niet versnellen of vertragen. Hun golflengten veranderen echter in de loop van de tijd als gevolg van de uitdijing van het universum, dwz hun golflengten worden groter en verliezen energie als zodanig omdat $ E _ {\ gamma} $ en $ \ lambda $ omgekeerd evenredig zijn,
$ E _ {\ gamma} = \ frac {hc} {\ lambda} $.
Antwoord
Een “lichtstraal “moet worden omgeroepen als” foton “, want hier hebben we het over natuurkunde.
Tussen een enkel foton en een laserstraal is er in dit geval geen verschil. Elk foton zal zijn reis voortzetten totdat het wordt gestopt, elk foton is “niet te onderscheiden” van anderen (in de zin dat ze intrinsiek niet anders zijn). De fotonen van een laserstraal hebben alleen hetzelfde energieniveau en reizen in dezelfde richting (uitgaande van een perfecte laser), maar dit is niet van belang voor de vraag.
Een foton kan alleen worden gestopt door interactie ermee met voldoende energie. Als de interactie van lagere energie is of een gravitatieveld is, zal het foton afwijken maar doorgaan met “bewegen”.
En doet het licht (lichtstraal en laserbundel) stopt na een afstand afgelegd te hebben of het heeft geen einde?
Ik denk dat je wilt weten of een foton buiten het heelal kan reizen . Als een foton de limiet van het heelal bereikt, zal het zijn reis voortzetten en het heelal zelf uitbreiden!
Antwoord
Newton “s eerste wet stelt dat een deeltje een constante snelheid zal hebben tenzij er een externe kracht op inwerkt. Het foton heeft geen massa, maar desalniettemin geldt de eerste wet nog steeds in het geval van licht.
- Wanneer een lichtstraal wordt geprojecteerd, (laten we zeggen) vanaf het oppervlak van de aarde naar buiten in de ruimte. De voorwaarde is dat er geen belemmering voor is tot infinity (hij reist alleen in vacuüm). Mijn vraag is: hoe ver kan die lichtstraal gaan?
$$ x = vt $$
In dit geval $ c = v $ waarbij $ c $ de snelheid is van het licht dat in een vacuüm reist (een constante) en $ t $ lijkt $ \ rightarrow \ infty $ seconds op basis van de informatie in je vraag.
De afstand die het licht aflegt is afhankelijk van de tijd die het aflegt, want $ c $ is constant in een vacuüm wat inhoudt:
$$ x \ rightarrow \ infty $$
- Ook in plaats van een lichtstraal, als ik een laserstraal met dezelfde omstandigheden, hoe ver kan een laserstraal dan gaan?
Hetzelfde als bij 1.
Vergelijk beide situaties.
De ene is een lichtstraal die oneindig reist in een vacuüm en de andere is verschillende stralen van coherent licht die oneindig in een vacuüm reizen.
Antwoord
De afstand die een deeltje kan afleggen wordt gedeeltelijk bepaald door zijn massa.
Als het deeltje een massa heeft van minder dan zoiets als 7 eV, dan zou het het universum kunnen doorkruisen zonder verzwakking.
Opmerkingen
- Wil je uitweiden over hoe je tot deze conclusie bent gekomen?
- wat is ” die ” het universum kruist?
- En, hoe kun je ” ” een deeltje verzwakken?