Где заканчивается луч света?

masterok — 03.12.2020

Если направить луч света от фонарика на какой-нибудь объект, мы увидим его след в виде круглого сечения. Но, что будет, если направить свет вдаль, например, на небо?

Он при этом будет продолжаться бесконечно либо все-таки у луча есть конечная точка?



Световой луч в оптике – это линия, вдоль которой перемещается энергия света. Проще говоря, это пучок света, имеющий небольшую толщину. В свою очередь, свет представляет собой электромагнитное излучение (либо волны), которое человек воспринимает глазами.




Помимо видимой части, электромагнитное излучение также бывает и невидимым для наших глаз. Сюда относятся микроволны, инфракрасное, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и др. Световой луч состоит из фотонов – элементарных мельчайших частиц. Фотоны считаются одновременно и волнами, и частицами. У них нулевая масса и электрический заряд, нет определенного размера и структуры. При этом фотоны переносят электромагнитное взаимодействие и двигаются со скоростью света.

Фотоны могут отражаться и поглощаться материей. У них имеется определенная энергия и именно от нее зависит цвет, который субъективно воспринимают наши глаза. Видимый диапазон довольно небольшой, а остальные виды электромагнитного излучения улавливаются и фиксируются специальными приборами.

Так есть ли у луча света начало и конец?

Представим световой луч в виде прямой линии. У нее обязательно есть начало. Чертить линию, казалось бы, можно бесконечно. Однако если прекратить это делать, линия оборвется на конечной точке.

Так как луч света состоит из фотонов, он представляет собой нечто более сложное, чем просто линию. Поскольку у данных частиц нет массы, то и никакие силы на них не действуют. Передвигаясь со скоростью света, фотоны «живут» в своем ритме, не очень понятном для нас.





Для фотона период его жизни занимает буквально мгновение от зарождения и до того момента, как его поглотит какой либо объект. Началом луча является источник света. В вакууме (космическом пространстве) фотоны будут двигаться бесконечно. Они просто не сталкиваются с какими-либо препятствиями на своем пути. Для фотона есть только 2 варианта развития событий, если он встречается с объектом: отражение или поглощение. Что именно произойдет, зависит от самого объекта. Например, если включить свет в комнате, она наполнится огромнейшим количеством фотонов.

Они начнут двигаться в пределах помещения, то и дело сталкиваясь с окружающими предметами. При этом одни частицы отражаются от предмета, а другие – поглощаются им и передают свою энергию. Затем предмет излучает новые фотоны, но уже с меньшей энергией. Пока свет в комнате включен, все эти процессы протекают без остановки, ведь каждую секунду вырабатываются новые частицы. Если выключить свет, уже выработанные фотоны продолжают движение до определенного момента, пока не потеряется вся энергия. Для наших глаз свет, естественно, исчезает практически мгновенно – можно заметить, что мы еще пару секунд продолжаем видать предметы в темноте.





В пространстве без каких-либо ограничений световой луч будет продолжаться бесконечно. Однако чем дальше от источника, тем больше становится поперечное сечение луча. Таким образом, фотоны рассеиваются все сильнее и сильнее по определенной области, но не исчезают совсем. Чем дальше от источника света находится наблюдатель, тем меньшее количество фотонов улавливает глаз. Поэтому световой луч становится слабее. Но фотон не может распадаться, так как это стабильная частица.

Интересный факт: существует понятие реликтового излучения. Согласно теории Большого взрыва, это фотоны, которые образовались в момент возникновения Вселенной и продолжают существовать до сих пор.