在地球上,用手電筒朝著天空照射1秒,這束光能飛到宇宙邊緣嗎?
光對於我們人類來說,是必須的,人類都有一定程度上的趨光性,所以人們往往都比較喜歡光明,而厭惡黑暗,而在我們的現代文明的當中,光也成為了一種比較常見的東西,尤其是手電筒的出現,讓人們可以在黑暗當中前進。
相信大家應該都用手電筒朝著天空照射過,而手電筒的光柱也能讓我們清晰的看清楚,當然光源如果越強的話,光柱往往也會越長,那麼問題來說,如果我們用手電筒朝著天空當中照射1秒鐘,然後關掉,這一秒當中出現的這一束光,是否直接消失呢?還是會飛入太空當中,抵達宇宙的邊緣?
首先,我們要弄清楚光,到底是什麼?其實在物理學歷史上,對於光的形狀一直都有著很多的爭論,當然,因為我們肉眼可見的情況,所以大部分的人都認為光是波狀的,一直也沒有被懷疑,直到1887年,物理學家赫茲發現了光電效應,而恰恰就是在這個光電效應當中,發現了光如果是波狀,就有很大的矛盾。
光電效應是指一定頻率的光在照射一些物質的時候,這些物質當中的電子會掙脫出來,這樣就會直接形成電流,而這其中就出現了問題,因為如果光是一種電磁波的話,那麼光的能量應該是由光的強度來決定的,而根據這樣的說法,只要光照射一種物質足夠長的時間,就一定會產生電流。
但是事實上並不是這樣的,因為在光電反應當中,物理學家們發現,如果光低於某個頻率的話,不管照射多長的時間,都不會產生電流,對此,很多人開始對於光是一種電磁波,產生了懷疑。
而愛因斯坦正是懷疑者之一,最終愛因斯坦認為,光不是一種波,而是一種粒子,光線是由光子組成的,而這樣的說法恰好能夠解釋光電效應的變化,因為光線如果是粒子的話,它的能量是和頻率大小有直接聯絡的,而和照射得到時間,沒有任何的關係。
而在愛因斯坦提出這一項論點之後,幾十年的時間裡面,物理學界一直都在爭吵,最終還是證明了愛因斯坦的正確性,所以光其實是一種光子組成的物質,主要成分就是一種粒子,而光子有一個非常重要的特點,就是它的質量和電荷基本上都為0,也就是說在飛行的過程當中,基本上不會受到阻礙,換一句話說,光子的運動速度就是光速。
那麼回到我們的問題,在地球上面,用手電筒照射出去1秒鐘的光,在關閉之後,這一束光自然是不可能直接消失的,在照射的這一秒鐘當中,手電筒已經朝著天空當中,釋放出來了大量的光子,而我們上面也說了,光子的運動速度為光速,同時還不會受到阻礙,從而我們也可以得知,手電筒發出的那一束光,確實可以在宇宙當中不斷的飛行。
但是,這僅僅只是非常理想的狀態,要知道,僅僅在我們地球上面,就存在這大量的物質,而在這些物質當中,大部分都是能夠吸收光子的,所以我們照射出去的光芒,很有可能還沒有出大氣層,就被大氣層當中的物質給吸收完了。
而且,即使是在進入了宇宙之後,光子就真的能夠安然無恙了嗎?其實也沒有,宇宙當中的物質反而更多,光子被吸收掉的可能性也更大,當然,還存在這一種可能性,那就是光子成功的進入了太空當中,而且還沒有被宇宙當中的其他物質吸收掉,那麼光子能夠抵達宇宙邊緣嗎?
這就涉及到了宇宙大爆炸和宇宙膨脹的理論說法了,大家都知道,宇宙在一場大爆炸當中誕生,而在誕生之後,宇宙就開始了不斷膨脹的過程,而這個膨脹的速度,是超越了光速的,這也就是為什麼我們明知道,在宇宙當中,沒有物質能夠超越光速的情況之下,我們依舊在理論上面可以實現超光速。
而也正是因為宇宙膨脹速度大於光速的原因,所以宇宙會一直在膨脹,而後來的光子也只能不斷的追擊,但是永遠也追不上,而真正看到過宇宙邊緣的光子,應該只有宇宙大爆炸時,瞬間出現的第一束光,而此後,整個宇宙當中,所有的光子,都無法追上宇宙膨脹的速度,抵達宇宙的邊緣!