03.06 如果在兩面鏡子之間射出一束光,光會不斷往返反射一直不消失嗎?

酸了巴唧


如果在兩面鏡子之間發射出一束光,那麼,光不可能會一直在兩面鏡子之間來回反射而不消失。因為光在反射過程中一定會伴隨著能量消耗,經過有限次數的反射之後,光的能量將會耗散掉。

為了讓光在兩面鏡子之間無限反射,必須要有反射率達到100%的鏡子。光子穿過玻璃(主要是二氧化硅),到達鍍銀那層時,銀原子會吸收光的能量而被激發,處於不穩定狀態的銀原子又會釋放出光子,從而形成反射光。不過,在這樣的過程中,或多或少會伴隨一定的能量損失,不可能所有的光都會被反射出來。

另一方面,為了增加反射次數,還需要儘量增加兩面鏡子之間的空間真空度。因為光在空氣中傳播時,它們的部分能量會被氣體分子吸收,所以這個過程也會伴隨能量損耗。

既然沒有反射率達到100%的鏡子,也沒有絕對的真空,所以光在反射過程中必然會有能量損失,光不可能會在兩面鏡子之間無限反射。

我們假設鏡子的反射率可達99.999%,那麼,經過69314次的反射之後,光將會失去一半的能量。假設兩面鏡子之間的距離為20釐米,由於光的傳播速度約為每秒30萬公里,所以光在每一秒的時間裡可以反射15億次。這意味著只要46微秒的時間,光就會損失一半的能量。在460微秒後,光的能量將會變為原來的千分之一。而在4.6毫秒之後,光的能量將會衰減到原來的100萬億億億分之一。也就是說,幾乎在轉瞬之間,光的能量就會大幅度的衰減。

另外,從量子力學的角度來看,不確定性原理禁止光在反射之後能夠100%處於完全正確的位置,並沿著完全正確的方向運動,然後擊中鏡子上完全相同的位置,所以光不可能完全被反射出去。


火星一號


答:鏡面反射的反射率達不到100%,光的能量與反射次數呈指數衰減,由於光速非常快,所以一束光在瞬間就會衰減為零,不可能一直存在下去。


在小時候,如果我們有一塊鏡子,會玩得不亦樂乎,因為利用鏡子可以把太陽光反射到其他地方;我們假設有兩塊大的鏡子,那麼一束光在鏡子之間能無限反射嗎?

實際上一束光在經過數十次反射後就會弱到肉眼看不見,這是因為光在空氣中傳播會存在損耗,在鏡面反射時也會存在損耗,鏡面反射率達不到100%。


我們假設把鏡子放在真空中,沒有了空氣傳播損耗,並假設我們使用的鏡子反射率高達99.99%,而且光沒有發生散射,那麼在反射大約7000次後光的能量降低一半,反射大約4.6萬次後,降低為原來的1%,在反射20萬次後,理論上降低到原來的20億分之一。

而光速高達每秒30萬公里,假設兩面鏡子相距3米,那麼這束光每秒鐘能反射1億次,現實當中反射率最高的鏡面也就98%左右,幾乎在毫秒之間這束光就將損耗殆盡。


物理學中還有一種特殊的反射——全反射,全反射的反射率幾乎就是100%。

我們使用的光纖通信就是利用了全反射原理,但是光在光纖中傳播也存在明顯的衰減,衰減原因主要有三點:

1、材料吸收,石英光纖的成分是二氧化硅,二氧化硅本身對光就有吸收作用,尤其是其中的雜質吸收作用更明顯。

2、散射,光在介質中傳播,多多少少會存在散射,散射光的傳播方向是隨機的,這也會導致光的損耗。

3、彎曲,光纖通信是基於全反射原理,如果彎曲過度,會導致部分光線不滿足全反射條件,從而發生投射在包層中損失掉。

無論我們使用鏡面反射還是全反射,都無法避免光的傳播損耗,所以利用兩面鏡子不可能無限反射同一束光線;而且在量子力學中,光並不是連續的,而是以光子的形式傳播,遵循不確定性原理,我們並不能保證每個光子都能沿著原路反射回去。


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艾伯史密斯


只要時間足夠長,兩面鏡子之間的光總會消失的。

鏡子的表面微觀結構並不平整,也就是鏡子的表面不是絕對的光滑,也不可能做到絕對光滑。這就像即便構成鏡子表面的一排原子都平鋪,但因為原子並不是方形的,是方形的也不是實心的,所以也有間隙,所以每一個光子都可能會散射,會偏離原來的直線。

光在空氣中傳播時,它們的部分能量會被氣體分子吸收,所以這個過程也會伴隨能量損耗,經過有限次數的反射之後,光的能量將會耗散掉。

在微觀處,總有光子被組成鏡子的原子吸收,這其實就是愛因斯坦的光電效應,吸收的光子會導致電子躍遷,足夠多的電子躍遷跳出原子就能形成光電流,有光子會被吸收。



宇宙電視機


那是不可能的。

現實生活中我們通常認為鏡子是全反射,但這並不是絕對的,真正的全反射是不存在的,沒有任何物體的反射率能達到100%,而鏡子的反射率最高也只有98%左右。

光速是30萬公里每秒,即使鏡子對光的反射率達到更高的99.99%,光線在兩面鏡子之間傳播也幾乎瞬間消失,因為光速是在太快了!

99.99%的反射率看上去很高,但架不住反射的次數多,99.99%的N次方只要N足夠大,結果就會趨於零。通過計算可以得知,即使99.99%的反射率在大約7千次之後光能量就會降低一般,不到5萬次就會降低到原來的1%!

而如果反射率只有98%,假設兩面鏡子相距3米,意味著光在兩面鏡子之間每秒可以反射1億次,幾乎在瞬間就消失殆盡了。這也是為什麼在我們關閉電燈的一瞬間屋裡就黑了,哪怕屋裡有很多鏡子也同樣如此。

從微觀領域講,光照射到物體上會被電子吸收,電子獲得能量(光就是能量)後從基態躍遷到激發態,不過電子的躍遷也是隨機的,電子也會從激發態躍遷到基態釋放出光子。整個過程中都會有能量損耗!


宇宙探索


理論上都不行,實際更不可能。要保證這束光不斷往返反射,一直不消失,需要滿足至少三個要點:

①這一束光裡的每一個光子都不能被散射

什麼意思?換句話說,這束光的每一個光子的往返都必須保持在一條直線上,必須垂直入射和反射,這宏觀上看起來好像不難。

鏡子表面在微觀處並不光滑。

但實際上,因為鏡子的表面微觀結構並不平整,也就是鏡子的表面不是絕對的光滑,也不可能做到絕對光滑。這就像即便構成鏡子表面的一排原子都平鋪,但因為原子並不是方形的,是方形的也不是實心的,所以也有間隙,所以每一個光子都可能會散射,會偏離原來的直線。

②這一束光裡的每一個光子都不能被吸收

我們總覺得照射到鏡子上的光,全部會被反射,實際上並不可能。

在微觀處,總有光子被組成鏡子的原子吸收,這其實就是愛因斯坦的光電效應,吸收的光子會導致電子躍遷,足夠多的電子躍遷跳出原子就能形成光電流。儘管鏡子表面的原子吸收的光子比較少,也不可能達到形成光電流的要求,但確實有光子會被吸收了。

③兩面鏡子之間絕對真空,不能存在其他原子。

這個要求更不可能滿足,首先絕對真空不可能,量子理論甚至預言在普朗克尺度的微觀結構會有量子漲落,也就是時空本身會從空無一物的虛空冒出兩個正負粒子;其次,鏡面因為第②條提到的電子躍遷,也會有電子跑到兩面鏡子之間。

總之,無論是量子漲落出來的粒子,還是量子躍遷出來的,有光子和這些粒子相撞了,光子數就減少了。

總結一下,以上三個條件這束光不能滿足——無論是光子被散射出兩面鏡子的空間,還是被吸收,還是和半路冒出來的其他粒子相撞,光子的數量都會減少。所以,只要時間足夠長,兩面鏡子之間的光總會消失。


科學新視野


個人觀點:

首先,我理解題主的意思應該是在“理想狀態”下進行的實驗,即真空環境當中,再兩面固定且水平的鏡子間射出一道垂直於鏡面的光,並迅速撤走光源,這束光能否持續在鏡面間反射。

我認為,在“理想狀態”中是可以的,但這束光應當是不可見的,因為是鏡面反射且無漫反射,所以是不會有任何光束進入眼球而成像的。

即使在“理想狀態”中,這束光能夠持續反射也是有條件的:我們知道光是一種波,而波是存在“干涉”特性的,那麼當波形出現重疊時,就會形成“干涉”,或增強或抵消,那麼這個實驗成功的關鍵是在於能否剛好有一部分波形不會重疊,那麼就要求這束光的光束足夠短,才不會形成“干涉”。

符合這些條件時,這束光是可以在鏡面間持續反射的。

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個人觀點哈,沒有科學論證過,歡迎探討


iBookTaxi


不可能來回反射,而不消失,反射會消耗能量,光能量會消耗散盡,同時光也會被空氣分子吸收。


平常人246089341


不會,光的傳播也是能量的傳播,會衰減直至消失。


藜兄尋真


不能。光,是能量的表現形式之一。要使反射一直持續,就需要沒有損耗。這是不可能實現的。


天使老爸又來了


能量守恆,會越來越弱。


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