關於光,我們把手電筒關掉之後,手電筒之前的光還在嗎?

術帆


當然是存在的。手電筒發射出光之後,那些光就會在空間中以光速不斷行進,即便手電筒關閉之後,這也不會影響到原來的光的存在,它們不會隨之消失。

手電筒發射出光與水龍頭出水的道理是一樣的,水龍頭一開,水就會出來;水龍頭關掉之後,那些已經流出的水不會隨之消失。不過,光容易讓人造成誤解。因為當我們打開手電筒照向天空時,我們可以看到手電筒的亮光,但如果關掉手電筒,亮光也瞬間隨之消失,這似乎與水龍頭的出水現象不一樣。

事實上,這種誤解與光以光速運動和地球大氣散射有關。我們想要看到物體或者亮光,就必須要有光進入眼睛中。當打開手電筒向天空中照射時,大氣中的粒子會朝著四面八方散射手電筒發出的光,所以我們會看到亮光。而如果關掉手電筒,沒有光會被散射,我們自然也就看不到亮光。但這並不意味著手電筒原先發出的光消失了,它們其實是以光速在空間中飛行,並且不再會回來進入我們的眼睛中被我們看到。除非這些光遇到其他物體被吸收,否則它們會不斷前進,不會消失。

此外,如果在沒有大氣散射的太空中打開手電筒,除非手電筒直接對準人眼,否則我們在其他方向都無法看到手電筒發出的光。


火星一號


我們可以先把這個問題放得很大,或許會好理解一點。假如太陽突然熄滅了,遠在地球的我們根本不可能立即就知道,為什麼我們的反應這麼遲鈍呢,因為太陽和地球的距離實在太遠了,連跑的那麼快的光都要花8.3分鐘左右才能跑完。(按照c0=299792458m/s的光速,以及149597870千米的日地距離)

也就是說,當太陽熄滅的那一刻後的八分多鐘,我們依然可以看見太陽光,只不過這個時候的太陽光某種意義上已經是幻象了,這和我們經常說的“天上早就死去的星星 依舊在夜空閃亮 穿越千萬年的光來到你的身旁”是一個道理,是不是有點恐怖的感覺,因為宇宙真的太大了,人類也真的太渺小了。

回到題主的問題,作個不嚴謹的比喻,其實手電筒就是小太陽,一個小的發光體,當我們關閉它之後,它的光是立刻消失,還是繼續向前走呢?

按照太陽的這個例子,既然都是光,那原理也應該一樣,手電筒的光確實會繼續向前走。

只不過手電筒的光和太陽光相比,威力真的是太小了,而且地球不存在絕對的真空環境,光在往前走的時候,必須會伴隨著消耗,也就是折射、散射、和衰減轉化的一系列過程。

在我們關閉手電筒的那一刻,手電筒的光會繼續向前走,但也會在極短的時間內就消耗殆盡,短到我們人類的肉眼都難以捕捉,從這個角度看,說它是“立刻消失”似乎也有一定正確性。

不過話說回來,根據能量守恆定律,光又是永存的,只不過是以你看不見的其它形式。

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我們都有這樣的經驗:晚上關掉電燈之後,房間立刻就暗下來了。那燈關掉之後,光去了哪裡呢?

首先要明確一件事:手電筒關掉之後,光子的行為不會發生變化。實際上,光子離開手電筒之後,就不受手電筒的影響了。

關燈之後之所以沒有了亮光,是因為光都被吸收了。任何物質,都會吸收特定頻率的光,而後要麼直接轉化為熱,要麼再次發射出來。

講一下最簡單的情形:原子外的電子會吸收特定頻率的光,吸收之後,電子就會進入激發態,激發態又有可能躍遷到能量更低的態。同時就會釋放光子。但是原子也有可能就直接將光子的能量轉變為動能,變為熱。實際上,後者是光消失的主要原因,因為前者實際上沒有改變總的能量。(但是前者可能會以不可見的紅外光的形式釋放能量,所以在觀感上,可見光也沒有了)

上面這些過程發生的極快,我們根本無法觀察到。但這些理論是在其他實驗中驗證過的,所以是非常可靠的。


章彥博


侯寶林有段著名的相聲,兩個醉鬼聊天,一個打開手電筒讓另一個順著光柱爬上去,另一個說:“別鬧,我爬上去,你一關電門,我掉下來了”。題主是受這段相聲啟發吧。

先拋開手電筒不說,抬頭看看太陽。我們都知道太陽距離地球大概1.5億公里,光從太陽發出到達地球需要大約8分鐘。如果太陽此時此刻突然熄滅了,我們抬頭看向天空,不會察覺到任何異樣。大約8分鐘以後,我們才會看到太陽黯淡下去。

手電筒和太陽本質上是一樣的,都是所謂光源。光的本質是電磁波,所以光源本質上就是一個發射電磁波的源頭。你也可以把光源理解為不斷射出子彈的槍口,當槍口停止發射,子彈會消失嗎?當然不會。

當然光並不等同於子彈, 光具有波粒二象性,即它既是波又是粒子。那麼你又可以把光源理解為一個在湖面上不斷向外放射水波的振動源。振動源消失的同時,水波並不會馬上消失,而是不斷向外傳播,直到衰減至平靜。

回到侯大師的那段相聲,實際上,光本身具有動能,照射到任何物體,都會和物體相互作用而對物體產生所謂光壓效應。也就是說,如果手電筒的光足夠強,那個喝醉的哥們還真可能順著那道光爬上去。而且只要他爬的足夠高,比如說,100光年那麼高,那麼即使關了手電筒,他也要100年以後才會掉下來。


羅生物語



不管什麼光都會一直傳輸下去,只是有些光強大,就傳得很遠;有些光很弱,傳不多遠就難以識別。

宇宙目前觀測到的最遠發光體是138億光年,也就是說,那裡的星光走了138億年,才被人們觀測到。光在真空中傳輸的速度是每秒鐘約30萬公里,一年走9.46萬億公里,走了138億年,你算算傳了多遠距離?

手電筒的光是散射的,傳不多遠就看不到了,有幾個原因。一是空氣會對光發生衍射現象,二是人的祼眼看不了多遠。如果在真空中,又藉助足夠大的觀測儀器的話,理論上手電筒的光也會在很遠的地方看到,但前提是途中不能被比手電筒更強的光線干擾。如果你關閉了手電筒的光,觀測者的距離有多少光距,就會延遲多久的光亮。比如觀測者距離手電筒光源1光分,手電筒關閉後,觀測者會延遲1分鐘才看到手電筒熄滅。

前面反覆提到的觀測者才是關鍵因素。這個宇宙的所有事物發生變化,都是因為有觀測者的存在,是觀測者觀測的記錄。如果沒有觀測者,一切皆為烏有。手電筒的光線也不例外,哈哈。


時空通訊


這有幾種可能,首先必須說手電筒的光著照向哪裡?如果是照向地面的話,那麼在關閉手電筒的瞬間,光就沒有了,如果是照相太空,而且天氣十分晴朗的話,那麼雖然你的手電筒已經關閉了,但是之前發出的光還是會繼續跑下去點,而且還會跑好一陣子的。




那麼為什麼手電筒照到地面上的光關閉後立即就沒有了?而照向外太空的光卻能好下去呢?這是因為手電筒的光照到地面或者其他物體上的時候被物體阻擋並吸收了,可能很多人會好奇,覺得物體怎麼會吸收光呢?其實想想道理也很簡單,光的速度是非常快的,每秒30萬公里,但是光子非常小,質量也非常微小,甚至科學家認為光子如果不運動的話都是沒有質量的,那麼當手電筒的光照到物體或者地面上時,在微觀的層面,實際上是光子撞擊到了原子,當光子撞擊到原子上時,由於原子核中的質子和中子的質量比較大,所以光子就作為能量能量被輕鬆吸收,並且不會發生大的變化,除非光子非常非常多,比如激光發出的光就能摧毀物體,就是因為它發出的光子太多了,但是手電筒發出的光遠遠達不到這種程度,但是手電筒發出的光的光子打到圍繞原子核運行的電子上時,卻能加速電子的運動,因為電子的質量非常小,據說只有質子的萬分之三,但是仍然比光子大得多,所以光子打到墊子上時能被電子吸收,這能加速電子的運動,但是並不能把它打出去,這時被加速的電子就會從低能級的內層軌道躍遷到高能級的外層軌道,原子的狀態變得活躍和不穩定,這就是我們撫摸一些陽光下的物體比不在陽光下的物體感覺熱的原因,同時這也是一些物品或藥品不能直接在陽光下照射的原因,因為光子的照射會微觀的層面改變物品或藥品的狀態,加速其變質的速度。

但是並不是所有的物體中的分子和原子都會吸收所有的光線,當光子打到物體上時,微觀層面發生的事,就是一部分光子被原子核和電子直接吸收了,也有一部分會被髮射出去,然後被釋放的光子又會撞擊其它物體,再次減少其數量和能量,光子的衰減大體就是這樣一個循環漸變的過程,所以照射的地面和物體上的光會立即消失。

但是照射到太空中的光線卻不一樣,因為太空中的環境接近於真空,光子前進的路上,受到的阻擋很少,平均數立方米才會有一個原子,所以光線常常會一直奔跑下去,這也是我們之所以能看到幾十上百億光年外的發光物體的原因,但是手電筒的光線還是很弱的,它發出的光子數量並不多,當它的光子被太空中的物質完全吸收後,它的奔跑也就結束了,但是它奔跑這個距離也很可能會遠達幾十光年。


科普大世界


這是個有意思的問題。

實際上“光”不是一種單純的物質,而是一種可以傳播的“影響”。具體來說,光是一種電磁波,電磁波就是一種磁電相生的過程,這個過程會在空間中逐漸傳播。下面這張動圖就是形象地展示了“磁生電、電生磁”的過程,在這個過程中,光逐漸向遠方傳播。

所以打開手電筒之後,就相當於是有了一個源頭,然後這種影響會不斷向遠方走——跟源頭是否還存在沒有關係,直到遇到障礙物,或者在空間中衰減、直到消失不見。就好像是你敲了鐵軌的一頭,雖然你的手已經停止不敲了,但是聲音還是會持續向遠方傳播過去,如果沒有衰減,那麼這個聲音會向遠方走去。

光到底是什麼東西?

當然,有的人會非常好奇,光到底是什麼樣子的,沒關係,現在已經有超高速攝影技術,可以捕捉到光的傳播了。比如說下面這張圖就是光的本尊,我們可以看到,在這個過程中,光既像是一個粒子——有這麼一團物質,又像是一束波————也就是在傳播的過程中呈現明-暗相間的特性。


SilentTurbine


手電筒關掉後,之前發出的光會因為衰減而耗盡消失。其實當我們關閉手電筒的時候,光子會經歷重重的障礙被損耗,手電筒的鏡片對光子也是具有吸收作用的,當光子透過手電筒進入空中的時候會撞上空氣中的分子,氧氣分子,氮氣分子等等,也會被吸收而損耗,空氣中的空隙非常大,絕大多數的光子會撞擊到牆面,地面,樹木上,最終被消耗殆盡。接下來就要說說這些光子是如何被消耗的。

非真空

當光子撞擊到分子和原子以後,這些物質的原子核外的電子就會接收到光子給予的能量,核外電子就會從基態變成激發態,從低能級的內層軌道躍遷到高能級的外層軌道,此時核外電子的狀態不穩定,一部分核外電子會吸收光子而保持激發態,相當於光子被直接吸收了;另一部分核外電子會從激發態重新變成基態並且向外釋放能量和光子,此時釋放的光子比吸收的光子能量要少。打個比方,相當於核外電子吸收了100份光子,然後釋放50份光子和能量,然後被釋放的光子又會撞擊其它物體,大體就是這樣一個循環將光子衰減的過程,雖然這個過程看起來複雜,但實際上光源關閉的瞬間,這個過程也就完成了。

真空

假設這個手電筒是在宇宙的真空環境下照射的,那麼過程又有點區別了,宇宙的真空環境其實並非完全真空,每4立方米含有1個質子,光子在宇宙中傳播,極少量會被質子吸收,但是這個吸收的量少到完全可以忽略的,除非是被高質量的天體所吸引或者撞擊到宇宙中的障礙物,否則完全可以認為光在真空中傳播是沒有損耗的。

當手電筒沒有關閉時,有了源源不斷的光子供給,就形成了明亮的光柱,生活中看似簡單的一件小事,背後都隱藏著無盡的科學知識。


科學薛定諤的貓


對於這個題目,手電筒關掉之後,我們感覺屋子裡瞬間黑了下來,那是因為手電筒之前發出的光線被牆壁、屋內的物品等吸收掉了。但如果在真空之中,則能夠傳播更遠的距離以及更長的時間。


看風景的蝸牛君


如果我們把這個問題稍微改一改,不是關於光而是關於水龍頭的。一個人,開著水龍頭往外噴水。突然,關住了龍頭,這時候已經噴出去的水,是會突然消失,還是繼續往前跑呢?

知道結果的自然已經知道了,不知道的您也可以去試一試。

這個問題這麼簡單,那為什麼把水換成了光,就搞不清楚,就要跑到這頭條上提問呢?就是因為,光實在太快了,一秒鐘能繞地球跑7圈半。你的手電筒發出去的光,不到萬分之一秒,就已經無影無蹤了。

那我們到底怎麼樣才能真正觀測到,光的足跡呢?

答案就是,藉助科學的力量。

麻省理工學院媒體實驗室與化學系的巴文迪實驗室在2011年,發明了一種高速拍攝技術,可以獲得等效於每秒一萬億幀(1,000,000,000,000fps)的影片。這相當於兩幀之間的間隔僅為1皮秒(皮秒為萬億分之一秒)。在這麼短時間內,光只能傳播0.3毫米。好比那孫悟空,一個跟斗明明十萬八千里,但對於這臺攝像機來說,哼哼,還在手掌心裡呢~

藉助這一高科技,我們現在已經可以清楚地看到,光在離開光源之後,一點一點向前蠕動的景象。可以說是十分令人驚歎了。

比如上圖,就是一束激光穿過一個可樂瓶。

這是一束激光被鏡子反射的視頻。注意,鏡子畫歪了。

如上圖,光在不同介質中的速度會不一樣,而這一現象也能被這臺高速攝像機觀測到。

還可以看到折射現象。

這一小團光,有頭有尾的,很顯然是激光開了一小下,有關了,發出的光。換言之,拍這些照片的時候,這激光器是關著的。但毫無疑問的是,我們還是看到了這些光。


現在我不說,聰明的你來回答:

關於光,我們把手電筒關掉之後,手電筒之前的光還在嗎?


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