手電筒的光以可見光為主,是不同頻率混合在一起的復(fù)合光,這些光線的強(qiáng)度低且發(fā)散。當(dāng)光子在和組成物質(zhì)的原子撞擊時,光子首先會和原子核外的電子碰撞,碰撞后的電子會吸收光子的能量,從原先的低能級內(nèi)層軌道躍遷到高能級外層軌道,這時電子處于不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài),通常很快會自發(fā)地向外輻射電磁波,也就是光子,并回到基態(tài),但輻射出的光子能量小于吸收的能量,這之間的能量差被當(dāng)成熱能耗散了,這是光子被消耗的第一種情況。
電子輻射出的光子會繼續(xù)撞擊其它原子,直到全部變成熱能為止。但要注意的是,電子軌道是不連續(xù)的,只有吸收了特定頻率的光子才會躍遷到高能級;而光子的能量也是一份份的,只有當(dāng)光子的能量滿足電子軌道的能級差,光子才會被吸收。
光子進(jìn)入原子中,除了和核外電子發(fā)生碰撞,還會和原子核發(fā)生碰撞,光子的能量會被原子核吸收變成熱能,這是光子被消耗的第二種情況。
被原子反射的光子或是電子輻射出的光子,會繼續(xù)撞擊其它原子,最后全部變成熱能。
標(biāo)況下,1立方米的空氣中含有的分子數(shù)量大約在10的25次方量級,在地球上向夜空照射光線,光子想要進(jìn)入宇宙中是不可能的,光子會在瞬間被空氣中的各種分子和塵埃吸收。假設(shè)有一臺功率超強(qiáng)的手電筒,能使光線進(jìn)入宇宙中,光在這個環(huán)境下會發(fā)生什么呢?
其實(shí)宇宙也并非完全真空,平均每100立方米中含有的質(zhì)子數(shù)為28個,光線遇到質(zhì)子依然會被吸收,但如果宇宙是完全真空的環(huán)境,在不被黑洞吸引和不接觸其它物質(zhì)的情況下,光子會在宇宙中永遠(yuǎn)傳播下去,光子沒有靜質(zhì)量,也不會衰變。而宇宙被認(rèn)為是一個有界無邊的球體,空間膨脹的速率小于光速,因此光線可能會在宇宙中繞一圈后回到原點(diǎn)。
光子在宇宙中傳播上億年是很常見的事情,例如2006年9月,天文學(xué)家在英仙座NGC1260星系中觀測到了當(dāng)時規(guī)模最大的超新星爆發(fā)事件。據(jù)推算,這顆超新星距離地球2.4億光年,也就是說光子用了2.4億年才到達(dá)地球,這顆超新星在三疊紀(jì)時爆發(fā),2006年才被人類接收到。
也因此,現(xiàn)在夜晚看到星星的亮光其實(shí)是它們上千年,上萬年前發(fā)出的光子,這些星星現(xiàn)在是否存在都是未知數(shù)。