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一束光若在兩面鏡子之間發射,是否會一直「來回反射」而不消失?
2021/09/24
2021/09/24

正妹小萌新帶你回味你想回味的,讓你看你想看的。

今天來和大家討論一個關于光的問題。

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(主要是二氧化矽),到達鍍銀那層時,銀原子會吸收光的能量而被激發,處于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公分,由于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%處于完全正確的位置,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。

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