-
När en ljusstråle projiceras, (säg) från jordens yta till utsidan i rymden. Villkoret är att det inte finns något hinder för det förrän oändlighet (det reser bara i vaccum). Min fråga är att hur långt kan den ljusstrålen gå?
-
Istället för en ljusstråle, om jag anser att en laserstråle med samma förhållanden, hur långt kan en laserstråle gå?
Jämför båda situationerna.
Och slutar ljuset (ljusstråle och laserstråle) efter att ha rest ett avstånd eller det har ingen slut ?
Kommentarer
- Inte riktigt säker på varför det finns ’ en bounty. Svaret från iantresman svarar på frågan ganska bra.
- Jag håller med w / @ HDE226868
- Möjliga dubbletter: physics.stackexchange.com / q / 18555/2451 , physics.stackexchange.com/q/105980/2451 och länkar däri.
- Är din första fråga i huvudsak en liten variant av detta: Hur stor andel ljus från en stjärna som ligger mitt i universum når direkt universums kant?
- Efter mitt svar inklusive denna tecknad film har röstats upp, nedröstats, flaggats och tagits bort, jag skulle vilja dela den med dig som en kommentar. God jul till er alla.
Svar
Teoretiskt sett är foton (eller strålen av fotoner, där verkligen inte är en skillnad) kan gå ett oändligt avstånd och färdas hela tiden med en hastighet $ c $.
Eftersom fotoner innehåller energi, $ E = h \ nu $, sedan energibesparing kräver att foton bara förstörs via interaktion (t.ex. absorption i en atom). Det finns inget som kan göra att foton helt enkelt stoppar efter ett visst avstånd, det kan bara stoppas via en interaktion av något slag.
Observera att en del av ljuset vi ser från mycket avlägsna galaxer är några miljarder år gamla och reste många yottameters för att komma hit. Hade de inte absorberats av Hubble-rymdteleskop , till exempel , de skulle ha fortsatt på vägen genom vår galax (tills något annat stoppade det).
Kommentarer
- Att ’ förresten är en så fascinerande tanke … att alla de sakerna reste för sådana länge tid att nå oss … (don ’ t ens börja förstöra dessa mytiska tankar med samtal om absorption och re -emission)
- Ja, men poängen är att då kanske den som vi ser inte har rest alla så långt: P
- Kan den nedröstande förklara vad de tycker är fel med mitt inlägg?
Svar
-
En foton kommer att färdas ”med hastigheten av ljus ”tills hindras. Från hastigheten och förfluten tid kan du beräkna hur långt ljuset ska färdas.
-
Laserljus består av mer än en foton ”i fas”, som har exakt samma egenskap i detta avseende, som en ensam foton.
Kommentarer
- Har ljuset STOPP efter ett visst avstånd?
- Endast om det interagerar med något annat, dvs. absorberas efter att ha träffat en atom eller någon annan partikel. Annars finns det ingen anledning för att den bara ska försvinna.
- Det ’ är inte bara någon anledning att bara försvinna, det kan inte ens bara försvinna eftersom det skulle göra bryter mot energibesparingen.
- Det kan vara värt att notera att rymden inte är ett vakuum utan en tunn plasma som kan interagera med foton och förhindra att den reser till oändligheten.
- @iantresman Utarbeta eller ange en källa för att anse att rymden är en tunn plasma. Jag är medveten om vakuumtillståndets kvantitet, är det det du ’ hänvisar till? Celtschk – foton kan försvinna så länge det gör det mycket kort;)
Svar
Observera att det är korrekt att en foton kan färdas ett oändligt avstånd på en oändlig tid, men den kan inte nå någon önskad punkt i universum .
Detta orsakas av expansionen av universum, vilket också leder till att vi inte kan ta emot information utanför det observerbara universum.
Kommentarer
- Jag ’ har hört detta kallat ” kommunikationshorisont ”; Wikipedia-artikeln kallar det för närvarande en framtidshorisont .
- Det finns förmodligen flera alternativ hur man kallar det; Jag är inte infödd så jag vet ’ vet inte säkert
Svar
Ett litet tillägg till det andra svarar: Även om det verkligen är sant att ljuset aldrig kommer att stanna om det inte träffar någonting, kommer det dock att bli rött skiftat och därmed bli mindre energisk, på grund av universums expansion. Till exempel består den kosmiska mikrovågsbakgrunden av fotoner som emitterades tillbaka när atomerna bildades. Men då var temperaturen i universum cirka $ 3000 \, \ rm K $ (om smältpunkt för järn) medan den kosmiska mikrovågsbakgrunden idag har en temperatur på bara $ 2,7 \, \ rm K $. Så fotonerna vi ser i CMB har rest i mer än 13 miljarder år utan att försvinna, men de har ändrats i frekvens från synligt ljus ner till mikrovågor.
Kommentarer
- Betyder detta att enskilda fotoner tappar energi? Eller är det snarare det minskande antalet fotoner som ökar oss, vilket resulterar i mindre energisk strålning?
- @ Aziraphale förlorar de enskilda fotonerna energi (se många relaterade frågor / svar på den här webbplatsen om hur detta hänger samman med energibesparing etc)
- Fotonerna tappar ’ tappar inte energi eller ’ blir rödförskjutna ’. I vilaramen som de släpptes har de fortfarande sin ursprungliga energi. Om vi mäter deras absorption i en annan viloram (t.ex. genom att ’ ser ’), kommer vi att uppfatta dem som rödförskjutna.
- @Julian: Du förvirrar två saker: Röd skift på grund av relativ rörelse är något annorlunda än rött skift på grund av kosmisk expansion. Det är också därför som vid den kosmiska horisonten ” relativ hastighet ” massiva objekt kan nå ljusets hastighet utan att kränka relativiteten: Det ’ är inte en relativ hastighet mellan objekt i specialrelativistisk mening, utan en utvidgning av själva rymden.
- @celtschk – intressant. Jag tror inte ’ tänker att expansionen röd förskjutning verkligen skiljer sig från normal röd förskjutning. Jag tror att foton fortfarande har sin ursprungliga våglängd, fart och energi ’ vad det gäller ’. Men om foton släpptes ut av en proton som inte har någon fart, skulle protonen ’ se ’ expansionens röda skift. Så min ursprungliga viloram finns inte ’ t finns verkligen mer.
Svar
Förutsatt att det inte finns något för foton att interagera med (dvs. vi tittar på det i vakuum) kommer den genomsnittliga fria vägen att vara oändlig; det vill säga det kommer att fortsätta att resa för alltid i en given riktning. Det finns inget som kommer att stoppa fotonens väg. Därför kommer det att gå godtyckligt långt. Oavsett om du har en enda foton eller en laser, kommer svaret inte att förändras.
Det faktum att fotonlinjer aldrig kommer att ta slut manifesterar sig i ett annat relevant faktum. Om du tittar på intensiteten $ I $ av ljus på en sfär med radie $ r $ bort från en punktkälla, sjunker intensiteten som $ 1 / r ^ 2 $. Mer specifikt, om $ P $ är den källans kraft, så är $ I (r) = \ frac { P} {4 \ pi r ^ 2}. $ $ 4 \ pi r ^ 2 $ i nämnaren är bara ytans yta.
Du kanske tycker att detta är relativt trivialt, men faktiskt , det är faktiskt ett ganska djupt faktum. Vi vet från 20-talets arbete att det finns partiklar som liknar fotoner men med vissa skillnader. En av dessa är $ Z $ -boson. Till skillnad från den masslösa foton är $ Z $ bosonen massiv. Dess massa är cirka $ 91 GeV / c ^ 2 $, vilket är ungefär 97 gånger så massivt som ett proton. Om du gjorde motsvarande analys för $ Z $ -bosoner skulle du upptäcka att de förfaller och förfallslängden är i storleksordningen $ 10 ^ {- 18} m $. En $ Z $ boson kommer i genomsnitt bara att resa ungefär så långt i vakuum. Detta leder till en annan funktionell form för ovanstående intensitet, som kommer att ha en exponentiell dämpning. Faktum är att denna massa i huvudsak är ekvivalent med att studera fotoner i ett medium som ger spridning (t.ex. inuti en supraledare).
Det faktum att foton inte lider av samma öde är verkligen en följd av dess masslöshet. Det finns många möjliga gränser för fotonmassan. Naturligtvis ger bara det faktum att vi ser fotoner från mycket långa avstånd en (ganska stark) övre gräns på fotonmassan, även om det kanske är lite vilseledande eftersom det finns vissa ovanliga modeller som undviker denna starka gräns.De mest robusta, modelloberoende gränserna vi hittills har är cirka $ 10 ^ {- 14} eV / c ^ 2 $, det vill säga en faktor på cirka $ 10 ^ {23} $ lägre än protonmassan.
Svar
En ljusstråle eller en laserstråle slutar inte förrän den når ett hinder.
Om det finns inget hinder, ljuset kommer aldrig att sluta. Det har inget slut.
Svar
Oavsett om det är en stråle eller ljusstråle, kommer fotoner att fortsätta att resa tills de absorberas. Fotoner kan inte stanna eftersom de färdas med konstant hastighet, ljusets hastighet, dvs de kan inte accelerera eller bromsa upp. Emellertid förändras deras våglängder över tid på grund av att universums expansion, dvs. deras våglängder får större och lös energi som sådan eftersom $ E _ {\ gamma} $ och $ \ lambda $ är omvänt proportionella,
$ E _ {\ gamma} = \ frac {hc} {\ lambda} $.
Svar
A ”ljusstråle ”måste respekteras som” foton ”för här talar vi om fysik.
Mellan en enda foton och en laserstråle, i det här fallet, är det ingen skillnad. Varje foton kommer att fortsätta sin resa tills den stoppas, varje enskild foton är ”oskiljbar” från andra (i den meningen att de inte är annorlunda i sig). Fotonerna från en laserstråle är bara på samma energinivå och färdas i samma riktning (förutsatt en perfekt laser) men detta har ingen betydelse för frågan.
En foton kan bara stoppas genom att interagera med det med tillräckligt med energi. Om interaktionen är av lägre energi eller är ett gravitationsfält kommer foton att avvikas men fortsätta ”att röra sig”.
Och gör ljuset (ljusstråle och laserstråle) stannar efter att ha rest ett litet avstånd eller har det ingen ände?
Jag tror att du vill veta om en foton kan färdas utanför universum . Om en foton når universums gräns kommer den att fortsätta sin resa och utvidga själva universum!
Svar
Newton ”s första lag anger att en partikel kommer att ha konstant hastighet såvida inte en yttre kraft verkar på den. Fotonen har ingen massa, men ändå gäller den första lagen fortfarande i fallet med ljus.
- När en ljusstråle projiceras, (säg) från jordens yta till utsidan i rymden. Villkoret är att det inte finns något hinder för det tills oändlighet (det färdas bara i vaccum). Min fråga är att hur långt kan den ljusstrålen gå?
$$ x = vt $$
I detta fall $ c = v $ där $ c $ är ljusets hastighet i vakuum (en konstant) och $ t $ verkar för $ \ rightarrow \ infty $ sekunder baserat på informationen i din fråga.
Avståndet som ljuset färdas beror på tiden det reser för eftersom $ c $ är konstant i ett vakuum vilket innebär:
$$ x \ rightarrow \ infty $$
- Istället för en ljusstråle, om jag anser att en laserstråle med samma förhållanden, hur långt kan en laserstråle gå?
Samma som med 1.
Jämför båda situationerna.
En är en ljusstråle som rör sig oändligt i en vakuum och den andra är flera strålar av koherent ljus som rör sig oändligt i vakuum.
Svar
Avståndet som en partikel kan färdas bestäms delvis av dess massa.
Om partikeln har en massa mindre än något som 7 eV, kan den korsa universum utan dämpning.
Kommentarer
- Vill du utarbeta hur du kom till denna slutsats?
- vad är ” som korsar ” universum?
- Och hur dämpar du ” ” en partikel?