在镜子做的四方屋里,打开手电再关上,光来回无穷反射,镜子屋会一直亮吗?为什么?
这是个很有意思的问题,镜子能够反射光是常识,而理论上说,镜子与镜子相对,它们也是会互相反射光的,即便是有散射,如果是四周都有镜子,那么,打开手电在关上,理论上光会一直被反射,从而使整个镜子屋处于亮的状态下。
那么,真相真的如此吗?显然不是的。下面我们简单的说一下原因。
镜子反射光,其实就是二氧化硅(镀银的材料)反射光子的原理,因为镜子的镜面的主要成分是二氧化硅,而手电的光就是一束光子。当光子与镜面接触时,按照经典物理学,这其实就是一个碰撞的过程,而碰撞的双方就是光子和原子。一般来说,光子是能够穿过原子的,但是为什么镜子不透光呢?问题就出在镀银的原子密度较大,让光子无法透过,从而使它会被反射和散射出来,但是,在反射和散射的过程中,当然也会消耗一部分光子,也就是说,没有一面镜子是能够100%的反射它接受的所有光线的。
而且光的传播速度极快,就会造成反射次数的增多,光子穿过空气的次数也越多,经过空气中的物质的散射再加上镜面的反射和散射,光子的损耗就越大,而光也就越来越暗,直到完全被消耗掉。
这是其一。
第二个关键因素就是光的持续性,当我们打开手电时,光被发出,光开始在不同的镜子和空气中被反射和散射,逐渐的被消耗。但是,当关掉手电筒时,光源被切断,光一直处于被消耗的状态下,而没有后续的补充。这就好比我们晚上一直开着灯,突然关灯,屋内的光并不是瞬间全部消失掉的,因为,之前的光还没有被完全消耗掉。但是,过一会,屋里就会全黑,这时光就被完全消耗掉了。
我们都知道,灯光也是有热能的,这就解释了为什么被光照到的地方会感觉热一些,而这个热能的产生其实就是光子被“打碎”的一个过程,我们都知道,光子也是一种能量,而一种能量是不会凭空消失的,它只会发生转化,而当手电筒打开,光照在镜子上时,其实光子的转化就已经开始了。
这就是光子消耗的原因。
看到这里,有些小伙伴可能有疑问:太阳落山了,为什么天还亮呢?不是说光源消失,光就消耗掉了吗?
其实,这个并不矛盾。因为太阳落山,其实只是我们人类的视角,在太阳与地平线呈20°以前,我们其实就已经看不到太阳了,但是大气中的物质依然是能够反射和散射太阳光的,但是当太阳与地平线的角度小于20°时,大气中的物质也无法接受到太阳光,所以,太空就会变黑,当然,太阳落山后,月亮早已经出现在天空上继续反射太阳的光,因此,即使太阳落山,我们也很难看到绝对的黑暗。
总的来说,将一束光打在镜子屋内,光由于损耗是无法一直反射和散射的,所以,切断光源后,即使在镜子屋内,也不会是一直常亮的状态,否则跟永动机有什么区别。

在镜子做的四方屋里,打开手电再关上,光来回无穷反射,镜子屋会一直亮吗?为什么?
一直亮是不可能的,因为镜子的反射率不可能达到百分之百。
也就说每次反射总会损失光子,这样一来二去,屋子在极短的时间内就会暗下来,毕竟要知道光速约为每秒30万公里,一秒能绕地球赤道七圈半,这是一个非常惊人的速度。
可以这样来举个例子:
假设房内安装一只白炽灯,其瓦数为100瓦,并且我们将其工作1小时内产生的所有光子都储存起来,随后一起在房间内释放,那么需要多久时间,光子总量会降低到极低的状态呢
因为是100瓦,因此其每工作一秒就消耗100焦耳的电能,假设全部转化为波长550纳米的可见光光子,于是灯泡每秒能产生2.77*10^20个光子,一小时就能产生约1*10^24个光子,也就是1亿亿亿个光子。
最后再假设房间的长宽高都为8米,为了便于计算,以直径10米的球体房间计算,镜子反射率为99.99%。灯泡位于中心位置,这一亿亿亿个光子自中心发射出去。
经过计算,大约需要551999次反射,光子总量仅剩为一个,而这样的过程耗时不过0.018秒,也就是18毫秒。
在如此大量的光子和极高反射率的情况下,房间内的变暗速度按照人的反应来说,几乎可以认为是瞬间变暗。
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首先感谢邀请。我们的宇宙诞生于138亿年前的大爆炸,如果没有那场大爆炸,今天世界将不复存在,你我也不会出现。太阳是万物之母,可以这么说太阳就是生命的母亲,如果没有太阳的话,生命或许就不会出现。哪怕是在今天,如果太阳突然消失,那么生命也会面临灭绝的境地!
如同你的问题一样,在一个满是镜子的屋子中,如果我们打开手电筒在关上的话,由于镜子会对光进行反射,那么这种反射会持续多长时间,这个屋子是否还会一直常亮?这个问题就牵扯到了我们所说的光的一个消耗的问题。其实这个原理非常简单,我举个例子你可能就明白了。
我们的地球距离太阳约为1.5亿km,以光速的话需要花费八分钟的十斤,也就是说我们今天所看到的太阳实际上是八分钟之前的,太阳到达地球后被大气层所将能量吸收,因此给地球加热使我们的地球享受温度,同样的原理,那么为什么太阳到达冥王星之后,冥王星的温度依旧保持在零下100多摄氏度呢?原因就在于光的消耗作用。
原理是相同的,光子可与任何粒子发生作用,但是这种反射却并不是百分之百的能量,每一次的反射都会消耗大量的能量,因此当经过消耗大量的能量到达冥王星的时候,它已经不再具有的质能,也就是说它已经没有温度了,因此冥王星才会如此的寒冷。
我们知道光速是非常非常快的,它每秒钟可以绕地球七圈半,而在一个小屋子中,光一秒钟能来回的折射反射无数次,当然这种速度我们的人眼是无法察觉到的,在你将灯光关闭的那一刻,光实际上已经反射了无数次,也已经消耗了大量的能量,因此镜子屋里变黑了。哪怕你在这个屋里边儿放上无数面镜子,只要你把灯光关掉,直接镜子也不会在反射光。如果你用超慢速的摄像机记录下来,这一刻你会发现,就在不到一秒钟的时间,光已经反射了无数次!
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如果镜子的反射率达100%,镜子屋中无疑会一直亮着。事实是,镜子的反射率不可能是100%,就目前而言,反射率最高的镀铝反射镜才达到98%,手电发出的光线每被镜子反射一次,就被吸收一部分,直至消耗殆尽,并且时间都十分短暂。
关键原因是光速太快了,真空中是3×10′8m/s,空气中稍小一些,一般也近似认为是3×10′8m/s,打个比方,就是1s时间绕地球赤道七圈半,或者说1s时间在北京和上海之间往返107次。另外,房间不会太大,按长宽高各3m计算,1s时间就可反射10′8次,有人计算过,光大约经6.9万次反射,能量就损失一半,经690万次反射剩余的能量就没法计算了。
不过,有人说,人在屋子里观察,感觉关上手电的同时,光线就消失了,并不准确,因为视觉暂留,人眼看到光线后,并不会马上消失,会在视网膜上停留0.1s,所以,人眼感觉到的时间要长一些。
在镜子做的四方屋里,打开手电再关上,光来回无穷反射,镜子屋会一直亮吗?为什么?
镜子无法做到全反射,因为镜子属于光密物质,空气是光疏物质,光从光疏物质到光密物质,无法发生全反射,有一部分会被折射。所以,镜子屋里面的一束光无法一直存在。
当然,即便是镜子发生了全反射,那么屋里面也不会一直亮。光线经过镜子时,总有部分光子即不发生发射也不发生折射,而是被镜子中的原子分子吸收。那么,这些被吸收的光子,逐渐地就会造成光线衰减。就像我们使用光纤通讯一样,光纤里面是全反射的,但是太长的话,激光在里面还是会发生一定的信号衰减。不过,由于是全反射,所以光线确实会存在的时间比较长,而且会一直传播。
光纤直径很小,密闭的光纤其实就类似于一个镜面做的房子。不过房子的空间比较大,很难做到像光纤那么精密,完全可以发射光。所以,现实生活中,即便我们真的造了一个全镜面的房子,打开手电后再关上,光线也不会一直存在,很快就会衰减至无的。
在镜子做的四方屋里,打开手电再关上,光来回无穷反射,镜子屋会一直亮吗?为什么?
当然不会。首先我们闭上眼睛思考一下这个问题。现实中任何镜子都不会100%反射照在其表面的可见光,但凡一次照射有一丝丝的衰减,那么这一束手电光就不会持续下去,就会一瞬间亮度衰减为零,房间重归于黑暗。即便,最后一个光子被吸收之前,这束光已经被四周的镜面反射了50次、100次。这是指数规律决定的:大家知道,0.9乘以0.9这个操作,重复远远不到50次,就已经变得比0大不了多少了。
再,我们睁开眼睛思考这个问题,睁开眼睛观察这个实验。光子,也就是光线,它之所以能被你看见,是因为它进入了你的眼睛里的视网膜里的视觉细胞里的感光神经里的感光物质里的感光分子,它于是就消失了,变成了推动你神经信号传播的能量。这个能量代表的信号抵达你的大脑——也就是你的神经中枢——你才发现并得出结论,那里存在一个手电筒,那里是“亮”的。
所以,凡你所见,任何存在物也只是一瞬间的感觉或印象——记忆则是另外一回事。随即开始的将是一片(永恒的)黑暗。
问题还剩下那些未曾进入你眼睛里的光线。其实,凡是未进入你眼睛里的光,就与你没有一毛钱乃至一分钱的关系,它们即使横在你的眼前来回发射一亿次,你眼前的那个空间始终都是一片黑暗。
所以,感觉决定不了外部世界的存在(手电筒亮还是不亮),感官却是你知晓外部世界的唯一途径。
黑暗是永恒的存在,光亮是暂时的事件。举世皆如此。
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