引言:相信很多人都有用過手電筒的經曆,現在手機這麼方便,幾乎人手都有一個手電筒。手電筒可以幫助我們在黑暗的環境下進行照明,但把手電筒關閉之後光線也随之消失了。那麼原本的那束光線是直接消失了呢,還是繼續在傳播呢?
在照明系統不太發達的地方,手電筒發揮了重要的作用,于是我們常常可以看到在一些沒有路燈的地方有人拿着手電筒在照明。手電筒和其他的電器一樣經過了一系列的改革,從最初的“大塊頭”到後來的“小塊頭”,現在每個人隻需一部手機就能夠用來充當手電筒,無論它是否為智能機。或許在使用手電筒的時候我們會有這樣的疑問,當我們打開手電筒開關時,就會有光束照射出來,關上開關之後光線就消失了。那麼原本的那束光真的消失了嗎?還是以其他的方式繼續在傳播呢?
要弄清楚這個問題,我們首先需要從光的本質開始了解。人類最早對于光的研究可以追溯到兩千多年前,中國春秋戰國時期的墨家代表人物墨子通過對光的研究制作了世界上第一個小孔成像的裝置,從這次的實驗中墨子得到了一個既基礎有重要的結論:光是沿直線傳播的。雖然這個理論現在看來十分簡單,但是在2500多年前能夠得出這個結論是相當了不起的。在之後的兩百年裡,西方著名的數學家歐幾裡得撰寫了一部研究光的著作《光學》,在該書中歐幾裡得同樣提出了光是沿直線傳播的理論,同時還運用了數學的方法證明了光的反射定律。
然而歐幾裡得始終無法解釋為什麼每到晚上人一睜開眼睛就能看到天上的星星,在現代人看來這是一個非常簡單的問題,因為是宇宙中的天體發出來的光進入到人的眼睛。由此可見大部分研究光的人隻是在研究光的規律,并沒有真正探讨光的本質。直到一個名為盧克萊修的羅馬人提出光是由微粒組成之後,人類才開始對光的本質進行探讨。在光學的後續發展中,許多科學家都取得了一定的成就,例如牛頓、愛因斯坦等。
其中愛因斯坦在上個世紀提出的光電效應是被認為解釋光的本質問題的最好回答,因為它在原子層面對光的出現作出了解釋。我們都知道宇宙萬物皆是由原子組成,而在原子的中心是原子核,原子核外面有環繞着它運動的電子,而且這些電子是按照能級進行排布的。
那麼我們是如何通過光來看到其他物體的呢?原因就是當宇宙中的光線照射到地球上的物體時,使得原子核外的電子發生躍遷現象。低能級的電子躍遷到高能級需要吸收能量,而高能級的電子躍遷到低能級就會發出能量,這些能量就是光的來源。
而且光的躍遷現象還分為自發躍遷和受激躍遷,而手電筒中發出來的光就屬于受激躍遷,它的能量是其中的電池提供的。那麼發射出去的光最後去了哪呢?其中有一部分光子會被空氣所吸收,另一部分光子會去向宇宙,如果不遇到障礙物的話它會一直傳播。所以當我們關閉手電筒之後,直觀上看光線是直接消失了的,實際上光子還在傳播。
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