如果您點燃蠟燭,它會開始發射光子,對嗎?光子以光速傳播。但是為什麼他們不能照亮整個黑暗的房間呢?這意味著光子沒有到達房間的黑暗角落,但是如果它們以每秒30萬公里的速度行進,那是不可能的?
如果您點燃蠟燭,它會開始發射光子,對嗎?光子以光速傳播。但是為什麼他們不能照亮整個黑暗的房間呢?這意味著光子沒有到達房間的黑暗角落,但是如果它們以每秒30萬公里的速度行進,那是不可能的?
光子很可能到達房間的角落,但這並不意味著您可以看到角落。為什麼? 為了讓您看到某些東西,光子必須被物體發射或反射,然後到達您的眼睛。同樣,僅一個光子到達您的眼睛是不夠的,但要看到該物體,就需要幾個光子(例如此處)。
那麼為什麼一支蠟燭不足以照亮整個房間呢? 蠟燭向(幾乎)所有方向發出光子時,它發出的光子數量太少。根本沒有足夠的光子反射回您的眼睛才能看到整個房間。
您可以看到靠近蠟燭但不遠的物體的原因是平方反比定律。 (來源: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Forces/imgfor/isq.gif)
蠟燭在每個方向上發射(大約)相等數量的光子。如果一個物體非常靠近蠟燭,則朝該物體方向發射的幾乎所有光子都將撞擊並被反射。但是,如果蠟燭距離較遠,則單位面積的光子數會越來越小,因為在此方向上發射的光子數是恆定的,但面積會變大。因此,遠處的物體受到更少的光子撞擊。然後,光子在所有方向上都被吸收或反射,並且當某些光子進入您的眼睛方向時,平方反比定律再次變得重要。因此,最後,只有很少的光子被角反射並到達您的眼睛,而您看不到它。
燈光確實到達了房間的每個角落,因為從每個角落實際上都可以看到燭光。
要照亮牆壁表面,必須先反射光,然後再用足夠的能量再次擊中眼睛,以使您的接收器將其記錄下來。但是反射會從光束中消耗能量,不規則的表面(平均)需要多次反射,直到光束以指向您的眼睛的角度射出為止。
如果您在房間的牆壁上覆蓋一個不易吸收的平坦表面(例如鏡子),您會清楚地看到蠟燭的反射。因此,光線顯然到達了房間的一角並回到了您的眼睛。
如果使用不規則的吸收性表面(如黑布),則光束將在該表面內部來回反彈,直到其所有能量被消耗/轉化。由於在這種情況下,能夠反射回眼睛的光束的剩餘能量非常低,甚至沒有,即使拐角受到的反射鏡的強度相同,拐角也顯得很暗。
每個光源都會發射一定數量的一定波長的光子。每個光子在介質中以相同的速度傳播。
但是要照亮整個區域,實際上重要的是光源的發光強度而不是光速。
如果光源的發光強度高,那麼在給定的時間,它以一定的角度發射的光子要比具有低發光強度的光源多。
由於蠟燭的發光強度不足以照亮整個房間,因此房間的某些部分仍然保持黑暗。
為了“照亮房間的黑暗角落”,需要發生幾件事:
蠟燭需要向發射光子。這確實可以並且以相當大的速率實現,大約每秒10 ^ 18(!?)個光子。但是,這些光子的大部分不在可見光譜中,而是在紅外光譜中,因此您看不到它們。
當您遠離蠟燭時,在一定距離(球的表面積)上,碰到特定區域的光子的數量會與的比例成正比。因此,這些光子中只有一小部分最終會散佈在幾米外的房間一角,因為大多數光子最終會照明房間的其他部分。
現在,在壁/角處,一些光子將被吸收(丟失),一些光子將被反射/重新發射,但是對於典型的壁,這將是沿所有方向漫反射。為了讓您看到角落,只能將一部分反射光(只有反射到您的方向的那一部分)用於觀察。就像用蠟燭照亮拐角處一樣,對於反射光,您的眼睛到拐角處的距離也將具有相同的比例關係($ \ proto 1 / r ^ 2 $)。因此,理想情況下,您會靠近拐角處,但是卻冒著在拐角處投下陰影的風險。
最後,光線射入您的眼睛,需要對其進行檢測,這似乎只有10個光子的閾值才有可能。
在上面的討論中,我忽略了(至少)空氣和眼睛中的光吸收(在撞擊接收器之前)。此外,我也忽略了二階過程(多次反射),但與上述因素相比,我相信這兩者都是次要的。
它們 到達角落,但隨後被材料吸收。在看到並認為它已被照明之前,該材料必須重新發射光以擊中您的眼睛。如果僅到達一個特定點的光子太少,那麼從該點到您的眼睛的光線就不會重新發光,並且您的眼睛不會將此光記錄為已點亮。