当某一天晚上突然停电,你不得不依靠手电筒照明。而在关闭手电筒的瞬间,房间立刻陷入漆黑,这一常见现象背后蕴含着深奥的物理学原理。
手电筒的光究竟去了哪里?它是彻底消失了吗?
从理论层面来看,只要光子没有被其他物体吸收,就不会消失。这一原理引申出一个令人惊奇的设想:如果此刻你站在 2200 光年外的一颗星球上,使用足够强大的天文望远镜观测地球,理论上是能够看到秦始皇的。这是因为秦始皇时代发出的光,若未被吸收,会持续在宇宙中传播。那么,在没有被其他物体吸收的情况下,光子是否会一直传播下去呢?
以当下为例,你正在阅读这篇文章,“你正在读这篇文章” 的信息会以光速向外太空传播。假设经过一百亿年,这些携带信息的光会到达某个星球。如果那颗星球上存在外星生命,从理论上讲,他们会看到此刻的你正在阅读这篇文章。然而,在现实中,这种情况几乎是不可能发生的。
这是因为我们的宇宙并非静态,而是处于不断的膨胀和运动之中,并且膨胀速度远超光速。科学家们通过计算得出,可观测宇宙的直径约为 930 亿光年。
虽然可观测宇宙之外应该还有宇宙,但那里发生的一切与人类和地球无关,原因在于那里发出的光线永远无法到达地球。正是由于宇宙持续超光速膨胀,一百亿光年外的星球在一百亿年后的膨胀速度(远离地球的速度)早已超过光速,因此那里的外星生命根本不可能接收到来自地球的信息。这一现象表明,即便光子未被其他物体吸收,光携带的信息也无法在宇宙中无限传播到任何地方,即便时间足够长也不行。
现在回到最初的问题,关闭手电筒后,房间为何会漆黑一片?这一现象除了与光的特性相关,还和我们的眼睛及视觉系统有一定联系。首先,我们的眼睛只能看到可见光。假设房间周围的墙壁不能(完全)吸收可见光,那么手电筒的光就会在房间内长时间传播,此时你就不会感觉到房间突然变得漆黑。
那么,手电筒发出的光是否真的可以在房间内一直传播呢?如前所述,如果房间四周的墙壁完全不吸收光线,从理论上来说是可以的。但在实际情况中,这种情况并不会出现,因为不存在完全不吸收光线的材料,也就是说不可能实现 100% 的光线反射。
即使存在这样的材料,房间也不会一直亮着,而是会很快暗下来,并且是 “只要你一观察,就会暗下来”。这是因为如果你想确定房间里是否漆黑,就必须进行观察,而观察就意味着要用眼睛接收可能存在的光线。用眼睛看光线的这个动作,实际上就是在吸收光线。当光线都被眼睛吸收后,房间自然就会变暗。
这一现象揭示了一个深刻的道理:有些东西本质上是对立的,理论与实际之间存在着巨大的差异。想要观察光是否存在,就必然会吸收光,这样一来光就不再存在了。因此,我们只能进行思想实验,而无法亲自操作来验证这一现象。
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