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灯光和太阳光能量完全不同,亮度也相差巨大,速度会不同吗?

许多人有这样的质疑:光速为每秒30万千米,灯光有亮有暗,且太阳光那么强烈,难道它们的速度都是一样的?如果是其内在机制是什么?今天我们就来解开这个谜团。

首先给出答案:世界上所有的光都是光速。

光包括你能够看得到的光和看不到的光。因为光的速度就是光子的运行速度,光子一诞生,就是以每秒约30万千米的速度运行,除非被阻挡吸收,它永远也停不下来。这样只要有光,不管暗还是强,速度都是一样的。

严格说来光速每秒约30万千米是指真空光速,在不同的介质中光速是不一样的。如在空气中与真空差不多,在水中光速约22.5万km/s,在冰中为2.3km/s,在酒精中为2.2km/s,在玻璃中为2.0km/s。

光就是电磁波,因为所有的电磁波都是以光子为媒介传输的。电磁波波长有短有长,波长越长频率越低,能量越弱;越短频率越高,能量越强。人们日常生活中说的光,也就是肉眼可见的光叫可见光,是电磁波谱中一个很窄的波段,波长在380nm~760nm之间。

比760nm长的光波有无线电波(包括长波、中波、短波、微波)、红外形等;比380nm短的光波有紫外线、X射线、γ射线。这些比可见光长和短的电磁波都看不到,因此也可以叫不可见光。

所有的光真空运行速度都为每秒约30万千米,不管是看得见的光还是看不见的光都是这个速度。在看得见的光里面,不管是很亮的光,还是幽暗很弱的光,哪怕一个萤火虫,其运行速度都是一样的。所不同的是光越亮能量就越强,越暗能量就越弱。

可见光亮与暗的主要原因。

可见光的亮与不亮,导致的能量大小,不是由于它们波长和频率决定的,而是光源发出的光子数量决定的,一个光源发出的光子数量越多,能量就越强,就越亮,反之,相对就暗。

可见光是复合光,在三棱镜的折射下会散射出红橙黄绿青蓝紫其中颜色,这其中颜色波长依次从760nm缩短到380nm,频率也是有低到高,因此这七种颜色光的强度是不一样的,以红光波长最长,频率最低,强度最弱;而紫光波长最短,频率最高,强度最高。

但在日常生活中,红光和黄光穿透率比其他光更高,因此用在信号灯和汽车尾灯、防雾灯等方面,这是因为红光、黄光相对波长较长,在充满颗粒物的空气中,就更能绕过障碍物传播得更远。

光的亮度强弱虽然传播速度是一样的,但传播距离就不同了,因为弱光在传播过程中与路途空间粒子交互作用被吸收得更快,因此传播距离就相对较短;而强光光子更多,同等距离被吸收后留下的光子更多,因此就相对传播更远。

我们每天都生活在光子的海洋中,这些光子有多少呢?我们可以简单计算出普通灯光发射的光子数:在有5%的能量转化为可见光的条件下,1支40瓦的白炽灯,每秒发射的光子数可达10^16个,也就是1亿亿个;当灯泡功率为100瓦时,每秒发射光子数为1.4*10^19个。

不同功率的灯发出的能量是不一样的,但每一个光子的速度都是相同的。

人眼感光的最大能力。

人眼看到的一切都是通过光来实现的。人眼能否看到光,不仅仅在于光子发出的多少,而是进入人眼视网膜光子的个数多少。那么人类的眼睛要多少光子才能感光呢?

上世纪40年代以来,科学家们就力图检测出人眼的最大分辨率,也就是最小能够分辨几个光子。实验发现,视网膜的视杆细胞对光线具有极大敏感性,但在接受视觉信号时,人眼有避免错误降低信息噪音的功能,这样就会有90%以上的光线被眼睛的其他部分,如晶状体等反射或吸收掉,由此到不了视网膜。

瑞士日内瓦大学光量子科学家Nicolas Gisin领导的团队,做了一项人眼感光实验,她用30个光子精准地对准测试者眼睛发射,希望有3个光子到达视杆细胞,有效引起视觉神经冲动。实验取得成功,这是迄今关于人类眼睛最大灵敏度的证据,就是可以看到3个光子。

人眼能够看到1个光子吗?实验依然在进行中,迄今尚没有得到可靠结论。

当然,即便看到3个光子,也是在视力非常好,而且在暗室中注意力非常集中条件下测试的结果。日常生活中,人们是很难感受到3个光子的。这一个遥远的物体,虽然发射出无数光子,但到达我们视网膜的很可能达不到感光程度,就看不到了。

就是这样,欢迎讨论,感谢阅读。

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