光会永远传播,还是最终会消失?科学家给出了答案

星空承载浪漫 2023-09-20 14:07:24
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相信很多人夜晚的时候,都喜欢一个人抬头看天空,在天空中,有很多星星一闪一闪的挂在上面,小的时候,一直都以为天空中的星星就是逝去的亲人,他们在天上看着我们,长大以后才知道,那些闪烁的行星发出的光线,实际上是数十亿年前开始的旅程,穿越冰冷的宇宙空间,最终落在你的眼睛上,那些光线让我们有机会窥探宇宙的深处,从而开始了人类对宇宙的探索之旅,人类作为地球上最有智慧的生命,从诞生以后就开始不断的研究和探索世界的奥秘,现在人类已经能够走出地球探索宇宙,这说明人类科技发展的速度是非常快的。根据科学家的研究我们能够知道,光速是目前人类发现的最快的飞行速度。

光速大约是每秒30万公里,这个速度对于人类来说非常快,看到这里,可能有很多人都会产生一个疑问,就是光速如此之快,人类是如何计算出来的?最早测量光速的科学家是伽利略,在1638年的时候,伽利略一行4人,分成两组,分别登上两座相隔甚远的山峰,每组各自携带一个光源——煤油灯,他对灯做了一个简单的改进,就是在煤油灯的一面加了一个滑盖,这样关闭滑盖,灯光就会被挡住,如果把滑盖拉起,灯光就会照射出来,通过快速的拉动滑盖,能够让煤油灯一亮一灭,制造出看上去在闪烁的效果,在这个实验中,除了两盏煤油灯之外,还需要两只一模一样的钟摆计时器。

他计划利用两边记录灯光开启关闭时间的方法来测量光的速度,不过由于光速实在是太快了,人类的反映时间大约是每秒240米左右,所以这个办法并没有计算出光速来,后来到了1676年的时候,奥勒.罗默对光速进行了测量,他观察木星的木卫一,木卫一公转到木星背后时被遮住就会出现卫星蚀,随着地球在公转轨道上移向木星,在地球上观测到木卫一蚀之间的时间间隔将逐渐变短,而当地球远离木星时,木卫一蚀的间隔逐渐变长,罗默根据这些计算得出,当地球距离木星最近时,木卫一蚀将比按照公转周期预测的时间提前了约11分钟,当地球距离木星最远的时候,木卫一蚀将比预期的时间晚11分钟出现。

累积加起来的时间大约是22分钟,他认为这22分钟就是光子在地球轨道上传播的时间,奥勒.罗默当时计算出的光速数值大约是每秒20公里,不过这个数值也不是正确的,在1950年的时候,艾森提出了空腔共振法来测量光速,最终得出的光速值大约是299792457.4每秒,这个数值和今天光速的数值几乎一样,光的传播是一个非常复杂的过程,在基础层面上,光能够以波的形式在空间中传播,无论是通过真空,还是透明物质,这就是为什么我们能够看到数亿光年之外的恒星和星系,因为光的速度非常快,所以我们在地球上看到的光,实际上是它在过去某个时间点发射出来的。

光在真空中的传播非常直观的,因为没有任何物质来阻碍它的传播,不过当光遇到物质的时候,情况就会变得复杂起来,当光通过物质的时候,光子就可以被物质吸收,然后重新发射,这个过程会使得光的速度变慢,这就是为什么光在水或者玻璃的速度要比真空中慢,光子是一种非常神秘的物质,它具有两种性质,为了证明光的性质,科学家做了双缝干涉实验,实验过程是这样的:一个电子发射器,一个挡板上面有两条狭缝,挡板后面有接收电子的屏幕,当科学家朝挡板连续发射电子时,屏幕上显现出明暗相同的干涉条件,这说明电子不仅仅是粒子,它也具有波动性,穿过狭缝后发现了干涉现象,实验开始时,科学家把光子一个一个的释放出来。

让它们逐个穿个双缝,竟然形成了干涉条纹,之后科学家将光子换成了电子,也得到了干涉条纹,为了看清楚光子是如何通过双缝的,科学家们专门安装了一个探测器,用来观察光子究竟是从哪个缝隙中穿过去的,就在这个时候,神奇的一幕发生了,干涉条纹竟然消失了,如果我们不观测光子,那么干涉条纹就会出现,这说明人的观察行为影响了实验的最终结果,科学家认为,双缝干涉实验在没有观测者的时候,粒子处于叠加状态,这个叠加状态通过双缝的时候一半通过A缝隙,另一半通过B缝隙,没有观测者就意味着没有人能够证明光子走了哪条缝隙,这时候粒子就处于叠加状态。

看到的现象就是粒子的形态,由于粒子非常细小,所以我们无法直接观测到它,它也没有自主意识,无法自主选择,所以它本身不构成观察者,在这个实验中,如果只看结果的话,那么人类永远都无法知道光子是从哪个缝隙中穿过去的,这会导致光子一直处于叠加态,最终形成干涉条纹,如果想要使粒子的叠加态坍塌,就要对实验进行观察,看他到底是从A缝隙还是B缝隙穿过,这时候光子就被固定了,光子的路线被固定了,所以干涉条纹就消失了,最终科学家得出光具有波粒二象性。正因为光子的存在,地球才能够拥有光明,地球生命的诞生,和光的关系非常密切,太阳光传播到地球上,使得地球拥有了热量。

根据科学家的研究我们能够知道,太阳光从太阳表面出发,到达地球需要8分钟左右的时间,地球每秒钟接收到的热量大约是22亿分之一,大家不要小看这些热量,这些热量相当于地球上100万吨煤炭燃烧的能量总和,既然地球只能够吸收一小部分光子的能量,那么其它的光子去了哪里?在光子自己的视角中,它的诞生和消亡事同时发生的,简单来说,光子不会经历时间的推移,它们从来不会变老,不过这并不意味着光子不能够被摧毁,当光子遇到物体的时候,就可能会被吸收,被吸收的光子其实就是消失了,它的能量会转化为吸收它的物质的动能或者是内能,这是我们日常生活中光照量的物体,植物进行光合作用,或者太阳能电池工作的基础。

假如说我们用手电筒朝天空发射一束光,那么这束光会飞到哪里?如果光子在飞行过程中,没有遇到任何阻碍物,那么光子就会一直传播下去,按照这个理论来看,宇宙中的任何光子都能够传播到地球上,在19世纪30年代的时候,著名的德国天文学家奥博斯就发现了这一点,并且他提出了奥柏斯佯谬,他认为如果我们的宇宙是静止、无限、稳定恒态的,那么人类看到的夜空就不应该是这样的,因为假设宇宙中遍布了无数个恒星,而它们在稳定恒定的宇宙中,相互之间的距离也是应该是平均的、等距的,按照这个说法来看的话,宇宙中所有恒星发出的光都会传播到地球上,这就意味着地球的夜晚不应该是黑的。

不过我们现在的夜晚确实是黑暗的,这到底是怎么回事呢?为此奥柏斯还专门做了解释,他认为光子在宇宙中传播时,可能被星际尘埃和其它天体挡住了,所以这些恒星的光没有办法传播到地球上,但是根据科学家的研究我们能够知道,光能够折射和反射,如果恒星发出的光线被其他物质挡住,那么我们应该看到宇宙中光折射和反射的结果,但在宇宙中,科学家并没有发现这种情况,这说明奥柏斯的解释是错误的,后来到了20世纪初的时候,爱德温.哈勃完美的解释了这个问题,在1929年的时候,他发表了论文阐述了宇宙膨胀理论,他描述了宇宙目前的膨胀速度,于是哈勃定律以爱德温.哈勃的名字命名。

在1924年的时候,他发现仙女座星系中的变星,距离地球超过了90万光年,利用这种办法,他发现并测量了其它23个星系,而且维斯托.斯里弗在哈勃之前对光谱的分裂进行了研究,根据光源中的元素,谱线以特定的图案出现在这些光谱中,如果光源正在移动,那么这些谱线就会向光谱的红色一段转移,通过分析星云发出的光,这位科学家发现了这些光线基本上都在远离地球,后来哈勃在观测的时候发现,星系的红移与星系和地球的距离成正比,这意味着这些星系正在远离我们,之后哈勃提出了宇宙膨胀的理论,这个理论提出之后,很多科学家都感到震惊,因为在此之前,我们一直都认为我们的宇宙是静态的。

宇宙膨胀的理论不仅仅让人类对宇宙有了新的认识,而且也完美解释了夜空为什么是黑色的,从宇宙大爆炸开始,我们的宇宙就在不断的膨胀当中,而且膨胀的速度越来越快,它已经超过了光速,由于宇宙在不断的膨胀当中,所以其它恒星发出的光根本无法传播到地球上,这就导致地球只能够接收到来自太阳光的照射,所以地球的夜晚就是黑色的,如果我们的宇宙一直膨胀下去,那么是不是光子就会一直在宇宙中飞行?科学家认为,在暗物质和暗能量的模型当中,暗能量会使宇宙膨胀的速度加快,这就是所谓的宇宙加速膨胀,如果这种情况继续下去,那么在遥远的未来,宇宙的膨胀将会快的连光都无法跨越。

这就是宇宙视界的概念,在那个时候,我们将无法看到宇宙的其它部分,因为光无法穿越这个膨胀的空间,在这样的宇宙中,光并没有真正的消失,但是由于宇宙膨胀的速度超过了光速,所以光无法传播到我们的观察位置,按照爱因斯坦的理论,宇宙中任何的物质都不会凭空消失,它们只是转化为了其它的物质或能量,比如说我们平时的煤炭燃烧以后,能够转化为热能,这些能量也不会凭空消失,它们会一直停留在宇宙中,所以我们能够 得出这样的结论:在物质层面上,光是有可能消失的,因为它可能无法到达某些地方,或者被转化为其它形式的能量,但是在能量层面上,光是永恒的,因为能量总是守恒的。

虽然现在人类对光已经有了大概的认知和了解,不过光的奥秘远远超出了我们的认知,人类作为地球上最有智慧的生命,从诞生以后就开始不断的研究和探索世界的奥秘,经过几千年的科技发展, 现在人类已经能够探索宇宙,这说明人类科技发展的速度很快,只要人类能够坚持不懈的努力下去,未来随着人类科技的进步,人类一定能够解开光子的奥秘,小编希望人类能够早日实现自己的梦想,对此,大家有什么想说的吗?

26 阅读:8976
评论列表
  • 2024-02-16 19:57

    光是一种能量,在传播过程中会衰减直至消失,不能永远传播下去。

    雪落无痕 回复:
    能量的传播不会衰减,之所以出现衰减是被其他物质吸收了
    我心永恒 回复: 雪落无痕
    对的。宇宙中没有绝对的真空。
  • 2024-03-17 19:46

    如果远方星系离开地球的速度超过了光速,它们的光线也就不可能传播到地球上来,我们也就发现不了它们,可是我们还偏偏发现了这些遥远的星系,你们说这是不是有个悖论?

    zxslh 回复:
    不是吧,远方的星系不一定需要见到,根据引力变化可以计算
    蜘蛛 回复:
    远方的星系不是发现的,是算出来的,不要以为只有眼睛可以看见东西,意识也可以。没有眼睛的生物也是存在的,所以外星生命不一定就是唯物主义科技文明,也可能是意识文明,唯心主义文明,魔法的世界[笑着哭][笑着哭][笑着哭]打开思维,大胆一点,光是物质的原始组成,那是因为我们的意识来源于眼睛,来源于光,对于没有眼睛的生物,感受不到电磁波的生物,也许用声波或者其它我们不知道的能量也能控物,外星文明的时间流也可能和我们不一样,或者就没有时间观念[滑稽笑][滑稽笑],这么说,也许你的一个梦都创建了一个文明,只是这个文明相对于人类文明太过短暂,你就是上帝,只是上帝太多了,不值钱了[呲牙笑][呲牙笑]
  • 2024-03-22 19:25

    科学的尽头就是眼见不一定为实。眼睛看不见干涉条纹,只能说明光没有反射到眼睛上吧

  • 2024-03-23 14:13

    138亿年前时空奇点大爆炸,以光的形式,开拓了时间和空间。阿弥陀佛[呲牙笑][呲牙笑]

  • 2024-02-18 00:17

    光会在宇宙膨胀中被无限红移,最后频率变为零,能量为零

    ②少⊙_⊙峰 回复:
    不可能的,能量为零即温度为绝对零度,时空能三位一体物质宇宙不可能存在绝对零度,因为时空能不可被单独分割,即是说任何能量消失,时空也消失。
  • 2024-03-27 21:34

    不是说对于任何参照系光速都是不变的吗?一颗远离地球的恒星向地球发射一道光,对于地球来说那束光还是以光速射向地球,怎么会到不了地球?

    蜘蛛 回复:
    地球和恒星在不断远离,你以地球作为参照系,光速确实没变,但在这个参照系里,地球和恒星的距离在变啊,距离除以速度等于时间,但是一个不断变化的距离,你怎么算时间?算不出来时间,或者说时间不断增大,不就是永远到不了。并不违背光速不变理论,这是广义相对论的内容了,上学的时候看的不多,还好理解了[呲牙笑][呲牙笑][呲牙笑]
  • 2024-02-17 04:19

    为什么膨胀速度会超过光速?什么原理?

    奉劝你要点脸 回复:
    打住,听不懂了
    蜘蛛 回复: 奉劝你要点脸
    我自己都不知道自己在说啥了,你听不懂不是很正常[滑稽笑][滑稽笑][滑稽笑]
  • 2024-02-17 00:17

    连迈克尔逊莫雷光速测定实验都不知道,好意思写科普文?

    蜘蛛 回复:
    难道不是直接看评论的吗[呲牙笑][呲牙笑][呲牙笑][呲牙笑]
  • lee 5
    2024-02-18 20:20

    我一直认为双缝干涉实验是因为实验器材的干涉造成而非事实。

  • 2024-03-26 08:47

    如果纵向因膨胀而无法到达地球这个还能理解,但横向并排的光呢,为啥也没达到地球?因为就像赛跑,旁边也有选手以差不的速度奔跑,相对来说就一直在旁边静止,那这些光为啥也没达到地球?

  • 2024-04-17 21:43

    地球不是静止的,跟着太阳系和银河系一起在膨胀,对向的星系不就以超越光速离开我们,而且时间流也会改变,虽然宇宙是150亿的年龄,但是整个宇宙的时间流和我们并不一样,我们这里过了150亿年,其它地方也许已经1500亿年了。还是那句话,天上一天,地上一年,完全探索不到的空间实际就是薛定谔的猫,一切皆有可能。

  • 2024-02-16 05:18

    当你看到光的时候,它就消失了。

    蜘蛛 回复:
    没有消失,看到的那部分被你眼睛吸收了,成了你身体的一部分,不然你也看不到,就好像你看到了我,我身体的一部分光已经被你吸收成了你身体的一部分,我们从另一个层面完成了合体,所以,没事多看看美女,那也是合体的一种[滑稽笑][滑稽笑]
  • 2024-02-17 02:00

    最后都走光了

  • 2024-02-16 12:47

    即使膨胀速度超光速,其发出的光难道停止传播……。假使此发光体距离我们30万千米,其突然以超光速离去,难道我们看不见其那时发出的光……。

    快乐 回复:
    看是被动的,光不传进你眼里你是看不见的。
  • 2024-02-18 13:35

    波粒二象性

  • 2024-02-17 13:49

    能量传播都会产生衰减

    雪落无痕 回复:
    能量传播衰减是被其他物质吸收了,传播本身不会衰减
  • 2024-03-17 20:13

    光在无穷大时空里,产生膨胀传递,变成各种引力场的人的视觉可见物质;,又在无穷小的时空里聚集传递,变成人不可见物质。

  • 2024-02-14 03:36

    光源没有了,光线还能永远传播?这不是蛋痛吗?[捂脸哭][捂脸哭][捂脸哭]

    用户10xxx22 回复:
    初中物理需要补课。
  • 2024-02-14 03:37

    世界上任何东西都是有寿命的,包括光。

  • show 2
    2024-02-23 14:52

    好长的一篇废话

  • 2024-02-24 00:13

    光会被熵增稀释。

  • 2024-03-19 08:15

    中国古代,除了钦天监可以观测星象,其他人观测星象属谋逆罪,死刑

    蜘蛛 回复:
    你解释了为什么我们古代科学一直发展不起来的原因,因为敢于探索的人都死光了。
  • 2024-03-23 23:23

    光速30万公里是一假设。

  • 2024-02-16 22:48

    你都看到星星了,还扯光飞不过来?光速不是不变吗?那超光速远离的光飞向地球是啥速度?是变慢还是象黑洞一样根本飞不出光源点?

  • 2024-02-16 12:38

    你发射的炮弹肉眼看不见了,难道其也不继续飞行……。这个比喻可能不恰当。

  • 2024-02-28 08:34

    科学家真搞懂了吗

  • 2024-03-24 15:28

    光传播其实可以用电传播来解释。没有电阻就一直传播,但实际上没有绝对纯净无电阻的导体。

  • 2024-03-28 16:27

    可见光只是一段狭窄频率的电磁波,宇宙加速膨胀的过程中可见光波长被动压缩或拉伸到肉眼不可见的频段肉眼都看不到了[呲牙笑]

  • 2024-05-31 13:05

    光是物质!物质不灭能量守恒给与了光的特性!宇宙是个密闭的腔体,这个世界上的一切物质最终都会变成光!光在这个世界上往复不定最会达到有序:超级激光笔经历亿万的孕养终于成功的变成了一个法宝

  • 2024-03-18 17:15

    煤油是十九世纪末期制造的

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