五千年(敝帚自珍)

主题:弱弱地问三个“科学”问题 -- 哈哈儿

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家园 “光线一直在衰减”和“光速不变”是不矛盾的

举例来说吧:宇宙中有无数太阳这样的恒星,都在时刻发着光。想想太阳就知道了,那么一个庞大的火球,每秒要发射出多少光子呢?即便在一个天文单位距离以外的地球,即便只是接收了它全部辐射方向中的一个微小的截面上的光,也依然会被照亮形成所谓“白天”。从这个意义上讲,太阳辐射的光子总量是非常惊人的。

而如果离开太阳系到一个很遥远的地方,我们看到的太阳不会跟任何其他恒星有多大的区别,也无非就是一个亮点。实际上,宇宙中比太阳的光辐射规模大、亮度高的恒星简直多的无法计算,可在地球上的我们看来,也无非是一个个亮点而已。按说,即便是点光源,也一样可以很亮,比如直视聚焦良好的手电筒,会觉得头晕眼花;而那些恒星,为什么没有让我们感觉头晕眼花?就是因为它们辐射出的光子,绝大部分都在漫长的旅途中逐渐衰减掉了。

其实换个更简单的说法也许就不这么绕了:既然比太阳亮的恒星那么多,为什么地球的某些地方一自转到背向太阳的位置,这些地方就形成了黑夜?在黑夜里,在太阳照不到这些地方的同时,其它恒星可还照耀着呢。。

或许会说,那是因为太阳“近”,而其它恒星“太远了”――问题就出在这里。如果光线在传播时毫不衰减,近一些和远一些有什么关系呢?我们依然应该看见天上无数极亮的光点,如此一来,黑夜肯定被照得通亮,又哪里还会有黑夜呢,呵呵。

衰减的具体原因应该是比较复杂的,比如被星际间的宇宙尘埃所吸收、散射;路上撞到了宇宙粒子;被所谓的暗物质遮挡、吸收;具体到地球上,还会被大气层所吸收。诸如此类等等,只要光线不是在连基本粒子都没有的绝对理想真空中传播,就必然会有所损失。而所谓绝对理想的真空,按说在现实的宇宙中是不存在的;现代物理学有个观点认为,即便在高度真空的宇宙深处,依然会有量子的随机涨落,还且不说在宇宙的任何方向上都无时无刻地普遍存在着的背景辐射问题。

说到底,能有多少光子成功穿透这些障碍,或许应该是个概率问题了――而这个概率的高低,我个人觉得应该与总的障碍程度成反比。总的来说,光线运行路径越长,从概率上说,它所剩余的亮度――也就是剩余的光子数量――就应该越低。

一言以蔽之,衰减的是光子的数量,而不是它的速度

而在这整个的过程中,光运行的速度完全可以,也确实是不变的:)

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