晚上用手電往 天上照一下,關上手電,這些光線最后去哪了,到底會不會抵達宇宙的邊緣呢。
首先 關掉手電,只是光柱消失了,已經射出去的光,并不會消失。光就是能量,光的本質就是光量子,攜帶的能量hv,當然能量是不可能憑空消失的。所以光線一旦射出去就只能有三種結果,第一種當然就是被其他物質吸收了,第二種就是一直在宇宙中飛行,當然還有一種微乎其微的可能就是落入黑洞。
當然,大部分情況下,光會被吸收,因為手電光首先會穿過大氣層,大氣層中有太多的空氣分子,這些光子經過空氣分子時,會和空氣分子中的核外電子發生作用,也就是被核外電子吸收了。
吸收光子后的電子能量就會增加,從而發生躍遷,然后再次釋放光子,但是這時候再次釋放的光子路徑可能就和原先的光子路徑不一樣了,這也就是為什么光會在空氣中發生漫反射的原因。如果光線在空氣中沒有發生漫反射,那么,肉眼在不直視的情況下,咱就不可能看見這些光線。
光線穿過大氣層后,接下來就會進入到星際空間,其實星際空間中也有很多微小的塵埃,光線也可能被這些塵埃吸收。但是這時候概率就很低了,畢竟星際空間物質密度十分低。然后這些光線可能會抵達某一個星球上,被這顆星球表面的核外電子吸收。
你看,光線不管是被空氣分子吸收還是星際塵埃或者是其他星球吸收,其本質都是光子和原子的核外電子發生作用,這就是愛因斯坦在1905年提出來的光電效應。
手電射出的光線除了會和電子發生光電效應,那還有一種理論上存在的可能,那就是被黑洞吸收,一旦被黑洞吸收,那光線就徹底消失了。但是這種可能性也只是理論上,現實中幾乎不存在。
不管是被黑洞吸收還是其他星球吸收,這種概率都是很低的,畢竟宇宙實在是太空曠了。
那么宇宙到底有多空曠呢,就以銀河系中心最密集的區域舉例,銀河系中心每立方光年的恒星密度只有兩顆恒星,這就相當在地球這么大的空間上放了500個足球。
而銀河系外圍的空間物質密度更低,差不多是在地球這么大的空間,只放了一個足球。而這,這還只是在星系內部,星系和星系之間的物質密度更是低到更是離譜。所以光線穿過宇宙空間被天體吸收的概率是十分低的。
其實手電發出的光線除了絕大部分除了被空氣分子吸收,剩下了的光線幾乎都會在宇宙中飛行,那這些光線能不能抵達宇宙邊緣呢。以目前的天文學觀點來看,這些光線是無法抵達現有的可觀測宇宙的邊緣的,但會抵達未來發生因果關系的宇宙邊緣。這是什么意思呢
你看,我們現在所說的宇宙,指的是地球為中心,半徑為465億光年的球體范圍,這一空間也叫可觀測宇宙。這個半徑也叫粒子視界。粒子視界指的是宇宙誕生初的光線經過138億的飛行,再加速宇宙膨脹,所抵達的區域。
我們之所以還能看到465億光年遠的光,只是因為這些光曾經和我們離得很近,其實根據普朗克衛星的最新觀測,星系每遠離地球大約326萬光年,其退行速度就要增加67.8千米每秒。
估算一下,大約在距離地球143億光年之外的地方,宇宙空間的膨脹速度就超過光速了。所以,現在143億光年之外的光線就無法抵達地球了。那么在此之外的宇宙事件就不會和本宇宙發生因果關系。
我們自然也就看不見它們。當然未來我們可以看到的可觀測宇宙范圍還會增加,這是因為早期的宇宙光線還沒有足夠的時間抵達地球。等這些光線抵達地球后,我們可觀測到的可觀測宇宙會變大。
而現在的宇宙還在加速膨脹,也就是說,我們在未來可觀測宇宙會變大,但是與本宇宙發生因果關系區域只會越來越小。
可觀測宇宙變大只是越來越多有足夠的時間的光線會抵達地球,因果宇宙變小是因為宇宙膨脹速度越來越快,光速與空間膨脹速度相等的空間區域會不斷在靠近地球的方向收縮。
所以說現在手電光發出的光線,是不會抵達到可觀測宇宙的邊緣,但是會抵達未來發生因果關系的宇宙邊緣。
但是要注意,文章中的推論都是基于現有的天文模型,宇宙加速膨脹也是1998年才發現的。說不定未來會發現新的現象可能會證偽這一理論。那到時候這些光線會不會抵達宇宙邊緣也就不好了
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