在鏡子做的四方屋裡,打開手電再關上,光來回無窮反射,鏡子屋會一直亮嗎?為什麼?

科學探索菌


如同你的問題一樣,在一個滿是鏡子的屋子中,如果我們打開手電筒在關上的話,由於鏡子會對光進行反射,那麼這種反射會持續多長時間,這個屋子是否還會一直常亮?這個問題就牽扯到了我們所說的光的一個消耗的問題。其實這個原理非常簡單,我舉個例子你可能就明白了。

我們的地球距離太陽約為1.5億km,以光速的話需要花費八分鐘的十斤,也就是說我們今天所看到的太陽實際上是八分鐘之前的,太陽到達地球后被大氣層所將能量吸收,因此給地球加熱使我們的地球享受溫度,同樣的原理,那麼為什麼太陽到達冥王星之後,冥王星的溫度依舊保持在零下100多攝氏度呢?原因就在於光的消耗作用。

原理是相同的,光子可與任何粒子發生作用,但是這種反射卻並不是百分之百的能量,每一次的反射都會消耗大量的能量,因此當經過消耗大量的能量到達冥王星的時候,它已經不再具有的質能,也就是說它已經沒有溫度了,因此冥王星才會如此的寒冷。

我們知道光速是非常非常快的,它每秒鐘可以繞地球七圈半,而在一個小屋子中,光一秒鐘能來回的折射反射無數次,當然這種速度我們的人眼是無法察覺到的,在你將燈光關閉的那一刻,光實際上已經反射了無數次,也已經消耗了大量的能量,因此鏡子屋裡變黑了。哪怕你在這個屋裡邊兒放上無數面鏡子,只要你把燈光關掉,直接鏡子也不會在反射光。如果你用超慢速的攝像機記錄下來,這一刻你會發現,就在不到一秒鐘的時間,光已經反射了無數次!

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宇宙V空間


一直亮是不可能的,因為鏡子的反射率不可能達到百分之百。

也就說每次反射總會損失光子,這樣一來二去,屋子在極短的時間內就會暗下來,畢竟要知道光速約為每秒30萬公里,一秒能繞地球赤道七圈半,這是一個非常驚人的速度。

可以這樣來舉個例子:

假設房內安裝一隻白熾燈,其瓦數為100瓦,並且我們將其工作1小時內產生的所有光子都儲存起來,隨後一起在房間內釋放,那麼需要多久時間,光子總量會降低到極低的狀態呢

因為是100瓦,因此其每工作一秒就消耗100焦耳的電能,假設全部轉化為波長550納米的可見光光子,於是燈泡每秒能產生2.77*10^20個光子,一小時就能產生約1*10^24個光子,也就是1億億億個光子。

最後再假設房間的長寬高都為8米,為了便於計算,以直徑10米的球體房間計算,鏡子反射率為99.99%。燈泡位於中心位置,這一億億億個光子自中心發射出去。

經過計算,大約需要551999次反射,光子總量僅剩為一個,而這樣的過程耗時不過0.018秒,也就是18毫秒。

在如此大量的光子和極高反射率的情況下,房間內的變暗速度按照人的反應來說,幾乎可以認為是瞬間變暗。

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賽先生科普


理論上會,

但實際上不行,

因為鏡子有損失,只有大部分光反射了,

一個絕對無損反射的空間會很亮並一直亮,但你不能看,你一看就有光進入你眼睛,它就有損失了,

事實上鑽石就充分利用了這一點,

光線在磨好的鑽石中來回全反射,鑽石就顯的璀璨奪目。


星輝650


在鏡子做的四方屋裡,打開手電再關上,光來回無窮反射,鏡子屋會一直亮嗎?大家可以設想一下,如果鏡子會一直亮下去的話,那麼就可以源源不斷地向外釋放光和能量,那豈不是和永動機一樣,我們還為能源危機發什麼愁呀!

用手電筒在四周都是鏡子的房屋裡打開,那麼光線就由手電筒發出,經鏡子進行不斷地反射,這也是能夠使得房屋變得更加明亮的原因。而一旦手電筒關上了,按照理想狀態推測,光線勢必會還會按照原來的線路以及與鏡子間的反射角,來回不間斷地進行反射,但實際上,在關上手電筒的一瞬間,整個房屋就會暗下來,產生這個現象的原因在於光線發生了消耗。

光線是由光子所組成,它是所有電磁力的能量載體,光子攜帶能量的大小,取決於它的頻率,計算公式為E=hf,h為普朗克常量,f為光的頻率,按照光譜變化,紅端頻率最低,紫端頻率最高,也就是說在可見光中,紅光能量最低,紫光能量最高。

當光子在空間傳播時,如果是絕對的真空,那麼它將一直攜帶著能量跑下去。可惜的是,即使是宇宙空間中,也不可能達到絕對的真空,因此,從恆星發出的光,在沿途傳播過程中也會被各種各樣的星際物質所吸收或者折射,從而能量發生衰減,距離恆星越遠的地方,所能接收到的恆星輻射能量就會越小。

在地球上,能夠引起光線損耗的物質就更多了,在一個房間中,空氣分子、微小的塵埃、鏡面、包括觀察者和手電筒本身,都會對光線有很強的吸收能力。由於光線的傳輸速度太快,這種因吸收而引起光線能量衰減的過程在極短極短的時間內就會完成,以致於我們根本不可能看到光線的漸進變化,就從我們的眼前消失了。


優美生態環境保衛者


答:當然不會,我們看見“亮光”,是因為有光線進入了我們眼睛,這部分光線肯定會損失;鏡子無法做到100%的反射率,哪怕使用反射率最高的鏡面,在數秒內也能讓光線的能量完全損失掉。


鏡面可以反射光線,假設有一個全封閉的屋子,裡面塗滿100%反射率的材料,那麼光線在房間內就會永遠反射下去。

實際上並不存在100%反射率的鏡面,一般鏡子的反射率在90%左右,鍍銀的鏡面反射率可以達到95%,哪怕在全反射中也會存在一定的損失。


由於光速非常快,所以在不大的封閉房間中,只需要極短的時間就能把光線的能量完全損失掉,我們來做一個簡單的計算:1KW的熒光燈,假設發射的全是500nm(可見光400~760nm)的光線,那麼熒光燈每秒發射的光子數N:

N=E/(hc/λ)=2.5*10^21個;

如果封閉房間內部為95%反射率的材料,假設光子的平均反射光程為3米(房間尺寸),那麼反射到平均剩下1個光子所需時間t:

N*(0.95)^(ct/3)=1;

可以估算出t≈0.00001s;

如果使用99.99999%:

可以算出t'≈5s;

也就是說,封閉房間(3米)使用95%反射率的材料,發射2.5*10^21個光子,在最理想的情況下,大約只需要0.00001秒光線能量就會完全損失掉;如果使用99.99999%反射率的材料,平均只需要5秒。


所以實際當中,光子並不會無限反射下去,即便有100%反射率的材料存在,我們也不會看到屋子一直亮著,因為我們看到光線,就說明光子進入了我們的眼睛,進入眼睛的這部分光子肯定會損失掉。

平常我們看見光線在空氣中傳播,看到的實際上空氣中微塵反射的光線,如果光線在完全的真空傳播,由於沒有反射光線進入我們眼中,我們也就看不到光線的存在,真空就是一團黑;就如在星際空間中,雖然有恆星發出的光線穿過其中,但是沒有背景的星際空間看起來就是全黑的。


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艾伯史密斯


這是不可能的,如果能行,家裡的電費就不用交這麼多了。我小時候,也曾經想過這個問題,並且想,如果能行的話,燈一亮再關上,屋裡豈不是要亮一宿?並且拿兩個鏡子做過實驗,結果是失敗了。從來不敢問別人,怕別人說自己傻。長大了才知道為什麼不行。

實際上,從理論上講是可以的,事實卻是,我們關上手電,關手電的同時,屋裡變黑。

大家知道光是一種能量,是以波的形式傳播的。只要是能量,在運動過程中,碰到物體就會有損耗的。鏡子會損耗光能,空氣中飄浮的細微顆粒等。當光弱到一定程度,眼睛就看不見了,此如在一間10X10的大房子裡,打開手電筒,照一下,光速是每秒中三十萬公里,10米距離內,一秒中往返三千萬次,一次按消耗萬分之一能量計算,在極短的時間內,我們就什麼都看不見了。


南極冰火


這個問題其實並不難!

在物質中的傳播中,是耗能的,因為光是一種電磁波,具有波粒二象性,光的能量儲存在光子中,轉播時光子與介質的相互撞擊必然會消耗光子的能量,即光的能量。

比如,讓一束光照過一層玻璃,你不會感到光強的減小,但是當光照過一沓玻璃時,光強的減小就會明顯的感覺到,那就是光子能量減小的結果。

所以說,在鏡子做的四方小屋內,如果關掉手電,就沒有了光源,而前面發出去的光已經被消耗掉了。所以沒有了來源,便不可能一直亮著。

面對這種問題,其實依靠生活中常見的例子就迎刃而解。

例如,生活中我們關燈的時候,周圍瞬間就暗了,並沒有任何的延遲!

科學來源於生活,所以在科學的幻海里遨遊時,應該要切緊實際!


君輒


其實,我發現題主的問題和永動機存不存在其實是一碼事。

我們可以先來看看宇宙微波背景輻射,它其實是宇宙大爆炸後的38萬年,光子掙脫束縛時,留下來的光。要知道宇宙我們可以視為是真空(雖然單位體積內還有原子存在),但是這個理想的狀態已經遠遠超過人類能做到的真空了。在這樣的條件下,那時候的光現在平均在2.7開爾文,已經非常接近絕對零度,人眼根本看不到。

結果是秒暗

那如果按照題主說的那樣,在一個封閉的房間裡呢?

  1. 因為房間做不到真空狀態,空氣當中有很多氣體分子,都會對光有吸收和散射的作用。

  2. 鏡子也做不到完美的反射,鏡子本身對光也有吸收作用。

  3. 手電筒的燈光不是單色光,而是混合了很多不同波長的光,我們根本找不到一塊可以反射全波長的光的反光鏡。

所以最後的結果就是:在這樣的房間裡開手電再關上,光子會被整個屋子各種東西所吸收,根本還不等你反應過來。


鍾銘聊科學


很簡單,當然不會,你完全可以在現實中去實驗一下。比如說有機會去科技館,很可能就有類似的建築,其實就是一個迷宮,只有一個通道能夠出來,但由於裡面全是鏡子,你很可能分不清哪裡是鏡子,哪裡是出口!

你我國手電筒照一樣鏡子再關上,看看光能不能無窮反射,結果很簡單,不會!與你用手電筒照射其他物體基本不會我區別,手電筒觀察瞬間,光就消失了!

為何會這樣?

原因也很簡單,光經過任何物質反射都不可能是100%的,都會被物體吸收一部分,而且加上光速非常快,一瞬間就會反射很多次,每一次反射都會損耗一部分光,結果就是你不可能感覺到光在反射,手電筒觀察瞬間,光就消失了!

其實不用四面都是鏡子,用兩面鏡子就可以試驗出來,把兩面鏡子平行放置,垂直照射一面鏡子,看光線能不能無窮在兩面鏡子之間反射!

從微觀領域來看,也不可能存在100%反射光線的物體,因為萬物都是由原子構成的,原子中的電子吸收光線後軌道狀態會發生變化!


宇宙探索


在鏡子做的四方屋裡,打開手電再關上,光來回無窮反射,鏡子屋一直亮嗎?

首先要糾正一個錯誤觀念是,假如能夠看到來回反射的光線的話,那麼這個空間裡的空氣中懸浮顆粒很多,即使處於100%反射的鏡子,那麼光線也很快就會將被懸浮顆粒所吸收,迅速陷入一片黑暗!也許有很多朋友無法理解這個過程,那麼我們來理一理這個空間中的幾個關鍵因素!

一、光源

二、鏡面反射率

三、空氣分子吸收率

四、空氣中懸浮顆粒吸收率

我們一個個來解釋箇中的關鍵因素,因為與這個密閉空間內相關的就這幾個因素!

1.首先我們來了解下光源的要求:集中在鏡面反射效率最高的波段,沒有其他波段的光跑出來浪費資源!而且光強度越強越好,也許可以降低部分其他材料的需求!

2.鏡面反射率是最關鍵的,理論上並不存在100%反射的材料,如果是鏡背鍍膜的話那就更差了,因為還有折射與玻璃層吸收的問題!因此必須要選擇高反平面鏡,並且要電介質膜,極限能做到99.7%以上的反射率!

反射式望遠鏡的副鏡即為高反平面鏡

3.空氣分子吸收,這個是無可避免的,空氣看起來是透明的,但對於光子吸收有一個概率,這個吸收率與距離成正比,因此我們看到傍晚的太陽呈紅色就是這個原因,因為大氣將能量比較高的光子給吸收了,留下了波長比較低的部分!

4.跟空氣懸浮顆粒吸收比大氣要更嚴重,因為還存在散射,當然這也是我們看到亮光的重要原因,如果在真空中,那麼即使有可見光波段的激光經過我們看不到任何光線!因為沒有反射的光線進入我們眼底!指星筆會在夜空中留下指星的激光通道是因為大氣層中的懸浮顆粒對光線的散射,尤其是綠光最為明顯,因此我們指星筆一般選擇綠光!

瞭解了上述條件之後,我們就可以來計算下這個光到底會存在多久!

假如這個空間中光源位於正中,距離為10M,鏡面的反射率為99.7%,假設光源為超強激光,環境為真空無懸浮顆粒,到殘留0.1%我們肉眼才無法見到為標準!那麼來計算下需要多久時間才能在我們的視野中消失!

0.997^N=0.001

N= 2.2991294858e+3

即在反射2299次之後,由於光損衰減到了0.1%這個我們確認好的閥值之下!那麼需要多久時間呢?

T=2299*10*2/C=0.00015327S之後即達到0.1%的不可見程度!

這個時間相信各位應該感覺不出來!

那麼假如將鏡面的反射率提升至99.9999%呢?

N= 6907751次

那麼能堅持多久時間呢?

T=0.461S

大約半秒不到一點的時間後光損後只剩下0.1%不可見閥值!

因此要完成這個任務實在是高難度!但必須要提醒一下的是,這個空間已經是真空無懸浮顆粒,因此無論是100%的光線還是0.1%的光線,我們都是看不到的,因為沒有散射的光線進入我們的眼睛!


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