手电筒的光照射夜空,光最后去哪了?

答案:从现实角度来说,用手电筒照射夜空,光会被空气中的分子和尘埃吸收。

手电筒的光以可见光为主,是不同频率混合在一起的复合光,这些光线的强度低且发散。当光子在和组成物质的原子撞击时,光子首先会和原子核外的电子碰撞,碰撞后的电子会吸收光子的能量,从原先的低能级内层轨道跃迁到高能级外层轨道,这时电子处于不稳定的激发态,通常很快会自发地向外辐射电磁波,也就是光子,并回到基态,但辐射出的光子能量小于吸收的能量,这之间的能量差被当成热能耗散了,这是光子被消耗的第一种情况。

电子辐射出的光子会继续撞击其它原子,直到全部变成热能为止。但要注意的是,电子轨道是不连续的,只有吸收了特定频率的光子才会跃迁到高能级;而光子的能量也是一份份的,只有当光子的能量满足电子轨道的能级差,光子才会被吸收。

光子进入原子中,除了和核外电子发生碰撞,还会和原子核发生碰撞,光子的能量会被原子核吸收变成热能,这是光子被消耗的第二种情况。

被原子反射的光子或是电子辐射出的光子,会继续撞击其它原子,最后全部变成热能。

标况下,1立方米的空气中含有的分子数量大约在10的25次方量级,在地球上向夜空照射光线,光子想要进入宇宙中是不可能的,光子会在瞬间被空气中的各种分子和尘埃吸收。假设有一台功率超强的手电筒,能使光线进入宇宙中,光在这个环境下会发生什么呢?

其实宇宙也并非完全真空,平均每100立方米中含有的质子数为28个,光线遇到质子依然会被吸收,但如果宇宙是完全真空的环境,在不被黑洞吸引和不接触其它物质的情况下,光子会在宇宙中永远传播下去,光子没有静质量,也不会衰变。而宇宙被认为是一个有界无边的球体,空间膨胀的速率小于光速,因此光线可能会在宇宙中绕一圈后回到原点。

光子在宇宙中传播上亿年是很常见的事情,例如2006年9月,天文学家在英仙座NGC1260星系中观测到了当时规模最大的超新星爆发事件。据推算,这颗超新星距离地球2.4亿光年,也就是说光子用了2.4亿年才到达地球,这颗超新星在三叠纪时爆发,2006年才被人类接收到。

也因此,现在夜晚看到星星的亮光其实是它们上千年,上万年前发出的光子,这些星星现在是否存在都是未知数。