Re: [求助] 光的去處？

[Philethan (PE)]

哈囉你好，以下是以理論的角度來解釋那些現象，至於實際上的現象會是如何，
我想整體可以用“不知道”或者“都會部份反射、部份透射“、“也許看得見喔”
來回答，因為我們不清楚地板的表面粗糙度、空氣與地板介質之關係、月球表面粗
糙程度與鏡子是由什麼組成的。


※ 引述《AnneTung (Anne)》之銘言：
: 1.當點光源由手電筒發出，照到室內地板上，會反彈到哪裡？
: 我的想法：會被吸收
讓我們將"光"的意義定義清楚^^"
關於光的本質為何，由於我尚未學習量子力學，所以只能依照我在近代物理課程上
的瞭解，我認為光的波動性與粒子性取決於觀察光的方式。若與光干涉的物質尺度
遠大於在波動性下理解的光波波長，則此時光會呈現波動性。所以，以下皆是討論
光的波動性質與現象的關係。
根據Webster's dictonary，
波動：
根據是一種傳遞能量的"擾動現象"，通常"擾動"是以彈性位能、壓力變化、電場強度、
磁場強度、..的形式表現。
這種伴隨著傳遞能量而行進的擾動，就是波動，波動是對這種現象的總稱。
根據定義，能量被傳遞的方向就應該是波動行進方向。（能量是對系統狀態的描述）。
俗稱的光，就物理上來說，應當是指電磁能，而非電場於磁場的方向，所以，
電磁波入射地面後，電場與磁場會對介質裡的束縛電荷(bound charge)、自由電荷
(free charge)做功，也就是說，空間中的電磁能（系統）會對外界（束縛與自由電荷）
做功，系統能量減少。以電場對時空的分布來說，電場強度與空間的關係大致上是呈
現指數下降的形式（磁場也是）。另外，根據Maxwell equation，入射平面處必須滿
足邊界條件，因此，在透射波出現的同時，也會有反射波產生。

所以到底反彈到哪裡呢？我也不知，但它的巨觀效應可以google漫反射。


: 2.假設有一束很強很強的光從地球射出，照到月球，光線會被反彈還是吸收？
道理與我上述說的是一樣的！這與介質有關，電磁能也是可能完全進入被照射的介質
裡的。(brewster's angle)，也有可能產生全反射，會有一部份的能量"滲透"在被"照
射介質的表面"上，但是能量沿著表面前進（表面波，Evanescent wave），而不往
介質"內部"傳遞。發生全反射時，若只考慮非常微小的照射面積（可以將入射波視為
平面波），那麼我們可以說，入射電磁能功率即反射的電磁能功率。若考慮物質粗糙
的表面，那我覺得很難講.....o.o
: 我的想法：如果月球上有類似一塊很大的鏡子，那光就會循原路徑射回地球，否則
: 就會被吸收〈但是月光不就是反射太陽光嗎〉
吸收與反射很可能同時發生！但是鏡子（玻璃+金屬）因為是由金屬製程的，所以可預
見反射係數（通常是複數形式）的大小會很大。



: 3.我們能看到東西，是因為光照到物體再反射到我們的眼睛，那反射到我們眼睛之
: 後呢？
我只知道入射到視網模以後，人們就會產生視覺，不清楚人眼的介質是否有非常特別，
若沒有，那麼就理論上來說，跟上述我所說的沒有差別。
: 我的想法：影像就照到視網膜上啊......〈但是她很想知道照到視網膜上以後會去哪
: ......〉
由於，我主張影像是電磁波照射到視網膜上"之後才存在"（這跟存在即被感知的概念
有關，請上wikipedia搜尋George Berkeley），所以在照射到視網膜上之前，影像是
不存在的，所以我認為"影像照射到視網膜上"的說法是有需要修改的。


: 4.甲手上拿一根小蠟燭，跟乙離兩公里長，中間沒有阻礙物，
: 那乙看不看得到甲手上的光？
看不看得到，嚴格說來，應該是指"感知的到嗎?"的問題，這問題背後的概念等於在問
我們看不看的到俗稱的紅外線呢？也許有人可以看到？人們對電磁波頻率、能量的敏感度
應該是不一定的。又因為感知能力是因人而異的，所以這個問題的答案是因人而異的，
: 我的想法：在空氣中和在真宮中會不一樣嗎？依經驗在地球上是看不到的，因為
: 亮度不夠，但在真空中呢？會不會因為光沒有能量損耗所以已能看得到？
在距離相同的情況下，支持你的說法，能量損耗確實是個原因。
: 綜合以上的總問題是，假設有一束很強很強的光照射出來後，光最後會消失還是
: 去哪裡了？
就以我目前的瞭解，我認為，不論是什麼光，射出來後遇到介質就會被吸收
（變成介質裡的電荷動能，俗稱的熱）與反射。（不曉得是不是存在很特別的光？）


: 像夜晚的星光是從好幾光年以外的地方照射我們的眼裡，是因為真空中無能量損
: 耗的結果嗎？如果真的是無能量損耗的關係，是否連一個小燈泡那樣的光也可以在真空
: 中傳到很遠的距離？
所謂的能量損耗是指，電磁能轉換為別種能量形式，我不知道宇宙中有什麼物質，但
我選擇相信宇宙中物質對那些電磁波的影響應該遠小於大氣層對電磁波的影響，相較
之下，我認為是可以忽略的。此外，就算星星發出的電磁能不會轉換為別種形式的能量，
也不能說我們此時此地"接收"到的電磁能就是"星星本身發出的電磁能"，因為它發出
能量的方式是四面八方傳遞的。想像點波源發出的球面波，你在某微小截面上每單位時
間接收到的能量不會是點波源在該單位時間內發出的總能量，只是一部份而已。同樣的
道理可應用到星星發出的總能量與地球上觀察者接收到的能量差異的解釋上。

若將燈泡放置在你所說的星星的差不多的位置..(雖然星星很大，就當作某種程度上的
"中心")，那麼我們在地球上接收到的燈泡放出的電磁波能量應當會遠小於星星放出的
電磁波能量，距離已"差不多相同了"，所以主要差異在於這星星的發光強度與燈泡發光
強度{印象中，星星發光機制有自發發光(重力場能量轉換得來、..)，以及類似於月球
發光機制，只是反射其他星星的入射光}。我相信電燈泡本身的發光功率是遠小於上述
任何一種星星發光機制的發光功率的。

因此，人眼接收到的電燈泡發出的電磁波能量是遠小於星星發出的電磁波能量的。
如果你同意，接收到的能量與能見度是呈現正相關的，那麼，既然星星的能見度也沒有
非常好（個人經驗，這與居住地點的光害程度有關），所以燈泡的能見度..應該是
看不見的了。

但是燈泡發出的電磁波在不考慮重力透鏡效應、與其他物質干擾的情況下，根據
能量守恆定律，它會傳遞到我們眼中。（在此儘管與存在即為被感知的概念衝突，
但由於因果的關係，使我們相信它仍然是存在的）

: 這是上次家教妹妹提出的問題，其實我家教經驗不久，以前學的時候也沒想過這個問題，
: 請各位高手解惑了


希望有幫到你^^

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◆ From: 111.249.173.61
※ 編輯: Philethan       來自: 111.249.173.61       (01/22 11:50)
推 aegisty:有夠複雜XD 推一下好了
推 AnneTung:好詳細！太感謝P大了QQ
推 AnneTung:針對最後一題，所以發光體的電磁波強度〈或者可以說亮度
→ AnneTung:？〉在同樣的環境和距離下，同一個觀察者所感受到會因
→ AnneTung:會因發光體電磁波不同而有所不同？
電磁波強度若嚴格定義為發出的電磁能功率（J/s），然後在同樣的環境和距離下，意思
就是有兩觀察者在"同樣的截面上接收到的功率強度一樣"。

若我們說，感受的意義是視覺，那麼沒辦法知道，就如同我看見的紅色與你看見的紅色是
沒辦法測量進行比較的（請參考維基百科：成為一隻蝙蝠可能是什麼樣子？）。

若我們說，感受的意義是可以測量到的功率大小，那麼就是相同的。
※ 編輯: Philethan       來自: 111.249.173.61       (01/23 11:08)