晚上用手电往 天上照一下,关上手电,这些光线最后去哪了,到底会不会抵达宇宙的边缘呢。
首先 关掉手电,只是光柱消失了,已经射出去的光,并不会消失。光就是能量,光的本质就是光量子,携带的能量hv,当然能量是不可能凭空消失的。所以光线一旦射出去就只能有三种结果,第一种当然就是被其他物质吸收了,第二种就是一直在宇宙中飞行,当然还有一种微乎其微的可能就是落入黑洞。
当然,大部分情况下,光会被吸收,因为手电光首先会穿过大气层,大气层中有太多的空气分子,这些光子经过空气分子时,会和空气分子中的核外电子发生作用,也就是被核外电子吸收了。
吸收光子后的电子能量就会增加,从而发生跃迁,然后再次释放光子,但是这时候再次释放的光子路径可能就和原先的光子路径不一样了,这也就是为什么光会在空气中发生漫反射的原因。如果光线在空气中没有发生漫反射,那么,肉眼在不直视的情况下,咱就不可能看见这些光线。
光线穿过大气层后,接下来就会进入到星际空间,其实星际空间中也有很多微小的尘埃,光线也可能被这些尘埃吸收。但是这时候概率就很低了,毕竟星际空间物质密度十分低。然后这些光线可能会抵达某一个星球上,被这颗星球表面的核外电子吸收。
你看,光线不管是被空气分子吸收还是星际尘埃或者是其他星球吸收,其本质都是光子和原子的核外电子发生作用,这就是爱因斯坦在1905年提出来的光电效应。
手电射出的光线除了会和电子发生光电效应,那还有一种理论上存在的可能,那就是被黑洞吸收,一旦被黑洞吸收,那光线就彻底消失了。但是这种可能性也只是理论上,现实中几乎不存在。
不管是被黑洞吸收还是其他星球吸收,这种概率都是很低的,毕竟宇宙实在是太空旷了。
那么宇宙到底有多空旷呢,就以银河系中心最密集的区域举例,银河系中心每立方光年的恒星密度只有两颗恒星,这就相当在地球这么大的空间上放了500个足球。
而银河系外围的空间物质密度更低,差不多是在地球这么大的空间,只放了一个足球。而这,这还只是在星系内部,星系和星系之间的物质密度更是低到更是离谱。所以光线穿过宇宙空间被天体吸收的概率是十分低的。
其实手电发出的光线除了绝大部分除了被空气分子吸收,剩下了的光线几乎都会在宇宙中飞行,那这些光线能不能抵达宇宙边缘呢。以目前的天文学观点来看,这些光线是无法抵达现有的可观测宇宙的边缘的,但会抵达未来发生因果关系的宇宙边缘。这是什么意思呢
你看,我们现在所说的宇宙,指的是地球为中心,半径为465亿光年的球体范围,这一空间也叫可观测宇宙。这个半径也叫粒子视界。粒子视界指的是宇宙诞生初的光线经过138亿的飞行,再加速宇宙膨胀,所抵达的区域。
我们之所以还能看到465亿光年远的光,只是因为这些光曾经和我们离得很近,其实根据普朗克卫星的最新观测,星系每远离地球大约326万光年,其退行速度就要增加67.8千米每秒。
估算一下,大约在距离地球143亿光年之外的地方,宇宙空间的膨胀速度就超过光速了。所以,现在143亿光年之外的光线就无法抵达地球了。那么在此之外的宇宙事件就不会和本宇宙发生因果关系。
我们自然也就看不见它们。当然未来我们可以看到的可观测宇宙范围还会增加,这是因为早期的宇宙光线还没有足够的时间抵达地球。等这些光线抵达地球后,我们可观测到的可观测宇宙会变大。
而现在的宇宙还在加速膨胀,也就是说,我们在未来可观测宇宙会变大,但是与本宇宙发生因果关系区域只会越来越小。
可观测宇宙变大只是越来越多有足够的时间的光线会抵达地球,因果宇宙变小是因为宇宙膨胀速度越来越快,光速与空间膨胀速度相等的空间区域会不断在靠近地球的方向收缩。
所以说现在手电光发出的光线,是不会抵达到可观测宇宙的边缘,但是会抵达未来发生因果关系的宇宙边缘。
但是要注意,文章中的推论都是基于现有的天文模型,宇宙加速膨胀也是1998年才发现的。说不定未来会发现新的现象可能会证伪这一理论。那到时候这些光线会不会抵达宇宙边缘也就不好了
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