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如果在两面镜子之间发出一束光,光会一直来回反射而不消失吗?

原创好文2019-10-038

如果在两面镜子之间发射出一束光,那么,光不可能会一直在两面镜子之间来回反射而不消失。因为光在反射过程中一定会伴随着能量消耗,经过有限次数的反射之后,光的能量将会耗散掉。


为了让光在两面镜子之间无限反射,必须要有反射率达到100%的镜子。光子穿过玻璃(主要是二氧化硅),到达镀银那层时,银原子会吸收光的能量而被激发,处于不稳定状态的银原子又会释放出光子,从而形成反射光。不过,在这样的过程中,或多或少会伴随一定的能量损失,不可能所有的光都会被反射出来。


另一方面,为了增加反射次数,还需要尽量增加两面镜子之间的空间真空度。因为光在空气中传播时,它们的部分能量会被气体分子吸收,所以这个过程也会伴随能量损耗。


既然没有反射率达到100%的镜子,也没有绝对的真空,所以光在反射过程中必然会有能量损失,光不可能会在两面镜子之间无限反射。


我们假设镜子的反射率可达99.999%,那么,经过69314次的反射之后,光将会失去一半的能量。假设两面镜子之间的距离为20厘米,由于光的传播速度约为每秒30万公里,所以光在每一秒的时间里可以反射15亿次。这意味着只要46微秒的时间,光就会损失一半的能量。在460微秒后,光的能量将会变为原来的千分之一。而在4.6毫秒之后,光的能量将会衰减到原来的100万亿亿亿分之一。也就是说,几乎在转瞬之间,光的能量就会大幅度的衰减。


另外,从量子力学的角度来看,不确定性原理禁止光在反射之后能够100%处于完全正确的位置,并沿着完全正确的方向运动,然后击中镜子上完全相同的位置,所以光不可能完全被反射出去。


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