二氧化硅|在镜子做的四方屋里,打开手电再关上,光会来回反射吗?镜子屋会一直亮吗?

这是个很有意思的问题,镜子能够反射光是常识,而理论上说,镜子与镜子相对,它们也是会互相反射光的,即便是有散射,如果是四周都有镜子,那么,打开手电在关上,理论上光会一直被反射,从而使整个镜子屋处于亮的状态下。
那么,真相真的如此吗?显然不是的。下面我们简单的说一下原因。



二氧化硅|在镜子做的四方屋里,打开手电再关上,光会来回反射吗?镜子屋会一直亮吗?
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镜子反射光,其实就是二氧化硅(镀银的材料)反射光子的原理,因为镜子的镜面的主要成分是二氧化硅,而手电的光就是一束光子。当光子与镜面接触时,按照经典物理学,这其实就是一个碰撞的过程,而碰撞的双方就是光子和原子。一般来说,光子是能够穿过原子的,但是为什么镜子不透光呢?问题就出在镀银的原子密度较大,让光子无法透过,从而使它会被反射和散射出来,但是,在反射和散射的过程中,当然也会消耗一部分光子,也就是说,没有一面镜子是能够100%的反射它接受的所有光线的。而且光的传播速度极快,就会造成反射次数的增多,光子穿过空气的次数也越多,经过空气中的物质的散射再加上镜面的反射和散射,光子的损耗就越大,而光也就越来越暗,直到完全被消耗掉。
这是其一。



二氧化硅|在镜子做的四方屋里,打开手电再关上,光会来回反射吗?镜子屋会一直亮吗?
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第二个关键因素就是光的持续性,当我们打开手电时,光被发出,光开始在不同的镜子和空气中被反射和散射,逐渐的被消耗。但是,当关掉手电筒时,光源被切断,光一直处于被消耗的状态下,而没有后续的补充。这就好比我们晚上一直开着灯,突然关灯,屋内的光并不是瞬间全部消失掉的,因为,之前的光还没有被完全消耗掉。但是,过一会,屋里就会全黑,这时光就被完全消耗掉了。我们都知道,灯光也是有热能的,这就解释了为什么被光照到的地方会感觉热一些,而这个热能的产生其实就是光子被“打碎”的一个过程,我们都知道,光子也是一种能量,而一种能量是不会凭空消失的,它只会发生转化,而当手电筒打开,光照在镜子上时,其实光子的转化就已经开始了。
这就是光子消耗的原因。



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看到这里,有些小伙伴可能有疑问:太阳落山了,为什么天还亮呢?不是说光源消失,光就消耗掉了吗?其实,这个并不矛盾。因为太阳落山,其实只是我们人类的视角,在太阳与地平线呈20°以前,我们其实就已经看不到太阳了,但是大气中的物质依然是能够反射和散射太阳光的,但是当太阳与地平线的角度小于20°时,大气中的物质也无法接受到太阳光,所以,太空就会变黑,当然,太阳落山后,月亮早已经出现在天空上继续反射太阳的光,因此,即使太阳落山,我们也很难看到绝对的黑暗。


【 二氧化硅|在镜子做的四方屋里,打开手电再关上,光会来回反射吗?镜子屋会一直亮吗?】
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总的来说,将一束光打在镜子屋内,光由于损耗是无法一直反射和散射的,所以,切断光源后,即使在镜子屋内,也不会是一直常亮的状态,否则跟永动机有什么区别。