作者Philethan (PE)
看板tutor
标题Re: [求助] 光的去处?
时间Tue Jan 22 10:56:00 2013
哈罗你好,以下是以理论的角度来解释那些现象,至於实际上的现象会是如何,
我想整体可以用“不知道”或者“都会部份反射、部份透射“、“也许看得见喔”
来回答,因为我们不清楚地板的表面粗糙度、空气与地板介质之关系、月球表面粗
糙程度与镜子是由什麽组成的。
※ 引述《AnneTung (Anne)》之铭言:
: 1.当点光源由手电筒发出,照到室内地板上,会反弹到哪里?
: 我的想法:会被吸收
让我们将"光"的意义定义清楚^^"
关於光的本质为何,由於我尚未学习量子力学,所以只能依照我在近代物理课程上
的了解,我认为光的波动性与粒子性取决於观察光的方式。若与光干涉的物质尺度
远大於在波动性下理解的光波波长,则此时光会呈现波动性。所以,以下皆是讨论
光的波动性质与现象的关系。
根据Webster's dictonary,
波动:
根据是一种传递能量的"扰动现象",通常"扰动"是以弹性位能、压力变化、电场强度、
磁场强度、..的形式表现。
这种伴随着传递能量而行进的扰动,就是波动,波动是对这种现象的总称。
根据定义,能量被传递的方向就应该是波动行进方向。(能量是对系统状态的描述)。
俗称的光,就物理上来说,应当是指电磁能,而非电场於磁场的方向,所以,
电磁波入射地面後,电场与磁场会对介质里的束缚电荷(bound charge)、自由电荷
(free charge)做功,也就是说,空间中的电磁能(系统)会对外界(束缚与自由电荷)
做功,系统能量减少。以电场对时空的分布来说,电场强度与空间的关系大致上是呈
现指数下降的形式(磁场也是)。另外,根据Maxwell equation,入射平面处必须满
足边界条件,因此,在透射波出现的同时,也会有反射波产生。
所以到底反弹到哪里呢?我也不知,但它的巨观效应可以google漫反射。
: 2.假设有一束很强很强的光从地球射出,照到月球,光线会被反弹还是吸收?
道理与我上述说的是一样的!这与介质有关,电磁能也是可能完全进入被照射的介质
里的。(brewster's angle),也有可能产生全反射,会有一部份的能量"渗透"在被"照
射介质的表面"上,但是能量沿着表面前进(表面波,Evanescent wave),而不往
介质"内部"传递。发生全反射时,若只考虑非常微小的照射面积(可以将入射波视为
平面波),那麽我们可以说,入射电磁能功率即反射的电磁能功率。若考虑物质粗糙
的表面,那我觉得很难讲.....o.o
: 我的想法:如果月球上有类似一块很大的镜子,那光就会循原路径射回地球,否则
: 就会被吸收〈但是月光不就是反射太阳光吗〉
吸收与反射很可能同时发生!但是镜子(玻璃+金属)因为是由金属制程的,所以可预
见反射系数(通常是复数形式)的大小会很大。
: 3.我们能看到东西,是因为光照到物体再反射到我们的眼睛,那反射到我们眼睛之
: 後呢?
我只知道入射到视网模以後,人们就会产生视觉,不清楚人眼的介质是否有非常特别,
若没有,那麽就理论上来说,跟上述我所说的没有差别。
: 我的想法:影像就照到视网膜上啊......〈但是她很想知道照到视网膜上以後会去哪
: ......〉
由於,我主张影像是电磁波照射到视网膜上"之後才存在"(这跟存在即被感知的概念
有关,请上wikipedia搜寻George Berkeley),所以在照射到视网膜上之前,影像是
不存在的,所以我认为"影像照射到视网膜上"的说法是有需要修改的。
: 4.甲手上拿一根小蜡烛,跟乙离两公里长,中间没有阻碍物,
: 那乙看不看得到甲手上的光?
看不看得到,严格说来,应该是指"感知的到吗?"的问题,这问题背後的概念等於在问
我们看不看的到俗称的红外线呢?也许有人可以看到?人们对电磁波频率、能量的敏感度
应该是不一定的。又因为感知能力是因人而异的,所以这个问题的答案是因人而异的,
: 我的想法:在空气中和在真宫中会不一样吗?依经验在地球上是看不到的,因为
: 亮度不够,但在真空中呢?会不会因为光没有能量损耗所以已能看得到?
在距离相同的情况下,支持你的说法,能量损耗确实是个原因。
: 综合以上的总问题是,假设有一束很强很强的光照射出来後,光最後会消失还是
: 去哪里了?
就以我目前的了解,我认为,不论是什麽光,射出来後遇到介质就会被吸收
(变成介质里的电荷动能,俗称的热)与反射。(不晓得是不是存在很特别的光?)
: 像夜晚的星光是从好几光年以外的地方照射我们的眼里,是因为真空中无能量损
: 耗的结果吗?如果真的是无能量损耗的关系,是否连一个小灯泡那样的光也可以在真空
: 中传到很远的距离?
所谓的能量损耗是指,电磁能转换为别种能量形式,我不知道宇宙中有什麽物质,但
我选择相信宇宙中物质对那些电磁波的影响应该远小於大气层对电磁波的影响,相较
之下,我认为是可以忽略的。此外,就算星星发出的电磁能不会转换为别种形式的能量,
也不能说我们此时此地"接收"到的电磁能就是"星星本身发出的电磁能",因为它发出
能量的方式是四面八方传递的。想像点波源发出的球面波,你在某微小截面上每单位时
间接收到的能量不会是点波源在该单位时间内发出的总能量,只是一部份而已。同样的
道理可应用到星星发出的总能量与地球上观察者接收到的能量差异的解释上。
若将灯泡放置在你所说的星星的差不多的位置..(虽然星星很大,就当作某种程度上的
"中心"),那麽我们在地球上接收到的灯泡放出的电磁波能量应当会远小於星星放出的
电磁波能量,距离已"差不多相同了",所以主要差异在於这星星的发光强度与灯泡发光
强度{印象中,星星发光机制有自发发光(重力场能量转换得来、..),以及类似於月球
发光机制,只是反射其他星星的入射光}。我相信电灯泡本身的发光功率是远小於上述
任何一种星星发光机制的发光功率的。
因此,人眼接收到的电灯泡发出的电磁波能量是远小於星星发出的电磁波能量的。
如果你同意,接收到的能量与能见度是呈现正相关的,那麽,既然星星的能见度也没有
非常好(个人经验,这与居住地点的光害程度有关),所以灯泡的能见度..应该是
看不见的了。
但是灯泡发出的电磁波在不考虑重力透镜效应、与其他物质干扰的情况下,根据
能量守恒定律,它会传递到我们眼中。(在此尽管与存在即为被感知的概念冲突,
但由於因果的关系,使我们相信它仍然是存在的)
: 这是上次家教妹妹提出的问题,其实我家教经验不久,以前学的时候也没想过这个问题,
: 请各位高手解惑了
希望有帮到你^^
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※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc)
◆ From: 111.249.173.61
※ 编辑: Philethan 来自: 111.249.173.61 (01/22 11:50)
1F:推 aegisty:有够复杂XD 推一下好了 01/23 04:11
2F:推 AnneTung:好详细!太感谢P大了QQ 01/23 09:11
3F:推 AnneTung:针对最後一题,所以发光体的电磁波强度〈或者可以说亮度 01/23 09:55
4F:→ AnneTung:?〉在同样的环境和距离下,同一个观察者所感受到会因 01/23 09:58
5F:→ AnneTung:会因发光体电磁波不同而有所不同? 01/23 09:59
电磁波强度若严格定义为发出的电磁能功率(J/s),然後在同样的环境和距离下,意思
就是有两观察者在"同样的截面上接收到的功率强度一样"。
若我们说,感受的意义是视觉,那麽没办法知道,就如同我看见的红色与你看见的红色是
没办法测量进行比较的(请参考维基百科:成为一只蝙蝠可能是什麽样子?)。
若我们说,感受的意义是可以测量到的功率大小,那麽就是相同的。
※ 编辑: Philethan 来自: 111.249.173.61 (01/23 11:08)