題:
來自恆星的光子-它們如何填充這麼大的角距離？
Shookster
2013-11-26 22:27:25 UTC
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似乎遙遠的恆星距離如此之遠，以至於我應該能夠向一側邁出一步，而不會讓恆星的光子撞上我的眼睛。恆星如何釋放這麼多光子來填充如此大的角距離？

我認為這裡有兩個問題：1）為什麼恆星如此遙遠也能看見它們？ 2）為什麼即使恆​​星相距如此之遠，它們也似乎仍能對著如此大的立體角？
按照這種邏輯，您無需走到一邊。您可以站在那兒，它們會眨眼，因為很少有光子會到達您的眼睛。
按照這種邏輯，您無需走到一邊。地球相對於恆星的運動比您相對於地球運動的速度快得多。
我想在NowIGetToLearnWhatAHeadIs上進行擴展。您不僅有兩個問題，而且基於相反的主張：為什麼我們看到的光子太少而可以單獨過濾（我們應該看到更多的光子），其次，為什麼我們看到了這麼多的光子-我們不應該看到他們！這個問題是基於矛盾的，而不是一個問題，因為它會回答自己：這是事實，正如您所看到的那樣，恆星會產生那麼多的光子。有什麼問題
可能是[是否存在“空白”，或者它會擊中任何地方？]
一個必然的問題是：我們從恆星接收到的光子是局限在經典軌跡上還是散開了？如果是這樣，多少錢？光子的波函數看起來更像是射線的尖端，還是更像一個擴展的半球？
@jdm很有意思。我期望期望值將是相同的，但是以任何方式都可以衡量嗎？
七 答案:
Steve Byrnes
2013-11-26 23:29:44 UTC
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答案很簡單：是的，恆星確實會產生 許多光子。 此計算是一個固體（儘管非常粗糙）近似值，即太陽大小的恆星可能會發出大約 $ 10 ^ {45} $ span>可見的恆星每秒光子（1個光子，然後是45個零，一個10千億億光子）。

您可以進行計算：如果距離該恆星10光年，您將遭到轟炸每秒鐘每平方厘米1百萬個光子。

$$ \ frac {10 ^ {45} \ \ text {photons} / \ mathrm s} { 4 \ pi（10 \ \ text {lightyears}）^ 2} \ approx 10 ^ 6 \ \ text {photons} /（\ mathrm {cm ^ 2 \ s）} $$ span>

邊緣相關：http：//physics.stackexchange.com/q/83866/
好答案。我認為您可以通過顯示如何達到100萬個光子/平方厘米的數字來使其更好。
@ArmanSchwarz-好，我把等式
這和許多其他答案都大有幫助。謝謝大家的回答！
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我不確定如何將其標記為答案。
請在答案的左上方使用靠近表決上下按鈕的複選標記。
問題是，一秒內發射的光子（在各個方向上均勻發射）與恆星中心的對角大於（例如）5度，這個距離是否大於我們可觀察到的宇宙的半徑。。。。。。。。。。。。。。。。。。。它代表的意思是即使一個台階向一側邁進，也確實會繼續看到一顆恆星。。。。。。。。。。。
其次，如果考慮光的波動本質，為什麼不面對這個問題。
這個答案似乎並不十分令人滿意……如果恆星位於另一個10兆秒差距的星系中，該怎麼辦？光子的數量將急劇下降，這是否意味著我們現在看到它閃爍了？
@Allure，如果一顆恆星距離我們10兆秒差距，那麼它太暗了，根本看不到（肉眼可見）。
@SteveByrnes正確，但是用望遠鏡仍然可以看到-那麼我們看到它閃爍了嗎？
@Allure如果您正在成像的一顆恆星每幀平均產生N個光子，那麼根據泊松分佈，某些幀將比N個光子多，有些幀小於N個。是的，如果N不太大，則某些幀可能具有零個光子。我不確定“閃爍”是否是正確的技術術語（通常稱為“散粒噪聲”），但我認為這與您所談論的是一樣的。
John Rennie
2013-11-27 00:01:59 UTC
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儘管我都同意上述三個答案，但我對這個問題的看法卻略有不同。

很容易將恆星發出的光視為氾濫的光子，它們的行為幾乎不一樣子彈。但這被簡化了，因為光子是一個局部的物體，即當某些物體與光相互作用並將其定位時，我們觀察到一個光子。

來自恆星的光不是光子的冰雹，而是恆星將能量轉移到光子量子場中，並且該能量徑向均勻地散佈。如果要將光描述為光子，則必須說光子已完全離域，即它們散佈在整個球面波陣面上，無法確定光子向哪個方向傳播。

As能量到達您的身體後，便可以與您眼中的視紫紅質分子相互作用，並轉移一種光子的能量。正是在這一點上，並且只有在這一點上，能量才被局限在一個光子中。即使該恆星是如此暗淡，以至於它每秒僅發射出幾個光子，但您的眼睛仍可以與之相互作用並檢測到一個光子，這仍然是一個有限的可能性，儘管這種可能性顯然很小。

所以走到一邊不會有什麼區別，因為只要您的眼睛在某個地方與球面波前相交，仍然有一定的概率檢測到光子並因此看到恆星。

看看我對有關光子的一些疑問的答案。

嗨，約翰，這實質上是事物的整體路徑嗎？光子散開並採取所有可能的路徑嗎？如果是這樣，難道不是一個光子能量的徑向擴散就不均勻，而是很可能在小範圍內被發現嗎？
@BrandonEnright:任何單個光子的擴散都是球對稱的，但是如果在恆星表面發射，恆星所佔據的$ 2 \ pi $球面度的弧度可能會破壞原始的對稱性:-)
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這個答案有點漏了點。計算星光光子通量，乘以視紫紅質的光子吸收橫截面，從而計算視紫紅質的光子吸收率（就像光子是子彈一樣，在各個方向上隨機分佈）是正確的。您正在*暗示*此過程有問題，但沒有錯。它給出了正確的答案！ （我的意思是計算光吸收率的正確答案。）
@SteveB:是的，對於給定時間內光子進入眼睛的“概率”，這兩種計算將得出相同的結果。
@SteveB（和John）我同意兩個答案都是“正確的”，但是John的答案對我來說是更好的直覺，因為它擺脫了粒子的“台球”概念：即，思考一個唯一的電磁場然後它與其他量子場的粒子相互作用。看到http://physics.stackexchange.com/a/78949/26076
@SteveB其他答案絕對沒有錯，但是，當您考慮光子如何知道例如光子密度時，只是它們傾向於承載的圖像有點令人困惑。布魯斯特穿過一個界面時會傾斜：被認為是一個台球，人們傾向於認為它最多僅與幾個分子“離散地”相互作用，但實際上，它變成了自由光子和*激發態的量子疊加所有*分子在其ME預見的影響領域中，因此的確像經典領域一樣看到了一個連續體。
儘管兩個答案都是“正確的”（因為它們都是模型），但這個答案卻感覺“更正確” :-)
Kaz
2013-11-27 07:02:36 UTC
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您可以可靠地看到的唯一恆星是在眼球處噴出足夠多的光子以使其看起來穩定。

任何昏暗的恆星都可以使光子進入您的眼睛從字面上一一計算，因為您的眼睛的視網膜不夠敏感，所以根本不會在您的視力中出現。

因此，您的問題基本上牽扯到觀察者偏見；它假設您看到的星星都是那裡的所有星星，並且假設您可以看到單個光子，只要它撞到您的眼睛。

Brandon Enright
2013-11-26 23:09:39 UTC
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允許我在此處傳達類似於人類原則的內容。您只能看到有很多光子到達您的眼睛的恆星。如果一顆恆星是如此之遙，以至於光子僅偶爾進入您的眼睛，那麼該恆星太暗了，您一開始就看不到。即使可以看到光子，星星也似乎會閃爍。

因此，因為您可以看到星星並且它相對較亮，所以這意味著有足夠多的連續光子流到達地球，從而逐步並排不會改變任何東西。而且，角度分辨率不會被量化，因此永遠不會出現這樣的情況：從一側到另一側（同時保持與恆星的半徑相同）改變接收光子的可能性。

gregsan
2013-11-26 23:07:33 UTC
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恆星向各個方向輻射。無論您向任何一側邁出多少步，仍然只是看到相同的光子，仍然會看到恆星。

激光僅沿一個方向（或非常小的圓錐體）輻射。如果您向側面採取了足夠大的步驟（大於發射光束的角度大小）以退出該圓錐，那麼您將不再看到源。

我認為OP正在設想“光子流”之間存在某種間隙，該間隙會隨著行進距離的增加而增大，就像在發射兩個箭頭時發射時在發射時略有l / r角度差會導致間隙不斷擴大一樣在目標之間進行測量時。我覺得這是他/她的觀念中的一個缺陷，但是這個答案可能無法解決這個問題（？）
似乎要回答有關能夠走到側面而不再看到星星的部分。
快速安全注意事項：請勿凝視激光束。
“激光只向一個方向輻射...”是真的嗎？我的理解是，僅在單波長的相干性方面，激光才是不尋常的。聚焦光束的准直質量來自聚焦透鏡，該聚焦透鏡可與任何光源一起使用。
@JonofAllTrades我不認為格雷格桑在談論激光的這種特性，而只是指任何普通的物體將光發射成圓錐形，而不是向各個方向向外輻射（我想到了激光指示器。），但是這種解釋會即使對於手電筒也有效（當然，除非有大氣散射效應）
jwg
2014-01-02 07:53:00 UTC
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一個非常非技術性的答案，但是在嘗試解決這個問題時，您是否考慮過光速？

星星在眼球上（或星星在眼球上）的擴展角度很小。因此，為了使恆星始終可見，似乎很小的空間區域必須“充滿光子”，並且由於您站立的位置並不特殊，因此所有類似區域也必須同樣“充滿”。但是所討論的區域實際上是一個非常窄的光束，其長度是光速乘以圖像在我們視野中持續的時間。如果後者為50ms，則列的長度為15,000 km-地球直徑。在這種情況下，可能需要幾十個光子才能使恆星略微可見。

我知道這不是一個嚴格的解釋，但這可能有助於使您的直覺與科學相吻合。

user89463
2015-08-17 18:58:14 UTC
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因此，星光通過球面傳播，每個人的眼球都在波前和視網膜的交點處產生局部光子。無論您與恆星處於何處，此波前的某些部分都會顯示出光子流。某種能夠在所有光子/波函數發射時對其路徑進行成像的傳感器會揭示出一個穩定的半球光，它遠離恆星而擴展...

眼睛無法弄清楚什麼是波前。


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