電球がオンになると、部屋のあらゆる方向に散乱し、その中に存在するすべてのオブジェクトに当たる光子を放出します。これらの物体は、衝突した光子の大部分を吸収しますが、ごく一部を反射するため、部屋の中のものを実際に見ることができます。電球がオフになると、新しい光子は放出されず、室内に既に存在する光子は、すべてが完全に吸収されるまで何度も物体に反射されます。
理科の授業で教師が光学の基礎を説明したときに注意を払った場合、光は何百万もの非常に小さな (「肉眼では見えない」小さな) 粒子で構成されていることをご存知でしょう。光子。これらは、電波、紫外線、マイクロ波、そしてもちろん可視光を含む、あらゆる種類の電磁放射を運ぶ基本的な粒子です。
可視光を「運ぶ」フォトンのアーティストによる表現。 (写真提供:ProMotion / Shutterstock)
部屋に入ってランプのスイッチを入れると、部屋は瞬時に光にあふれます。より具体的には、部屋は数百万から数十億の光子で満たされ、部屋の中に何があるかを見るのに役立ちます.しかし、ランプを消すと、光は実際にどこへ行くのでしょうか?部屋の中に存在する数十億個の光子はどうなるでしょうか?それらは消滅するか、存在しなくなりますか?
それに答える前に、いくつかの基本的な概念を簡単に要約しましょう。
フォトン:光を運ぶ素粒子
可視光は電磁放射の一種であり、電磁スペクトルの小さな構成要素であることは既にご存じかもしれませんが、これは電波、赤外線、紫外線、ガンマ線などを含む同じグループです。
電磁スペクトル (写真提供:Designua / Shutterstock)
光子は、あらゆるタイプの電磁放射の最も基本的な粒子であり、WiFi 信号を運ぶ電波、オーブン内の食品を加熱するマイクロ波、周囲の世界を見るのに役立つ可視光などがあります。静止質量がゼロの場合、光子は真空中を毎秒約 300,000 キロメートルという驚異的な速度で移動します (光子の速度は光の速度を表すことに注意してください)。
光子はどのように物を照らすのですか?
部屋の中に置かれた光源 (たとえば、ランプ) は、ランプのスイッチを入れた後、あらゆる方向にスクランブルする数百万の光子を放出します。ランプは部屋 (つまり、密閉された空間) に置かれているため、ランプが放出する光子は、その経路に入るすべてのものに当たり、部屋の中に置かれているすべてのものを照らします。
これは、光子のパケットが小さな密閉された空間をどのように照らすかを示すクールなビデオです。
信じられないかもしれませんが、カメラは実際に動いている光を捉えています!
上記のビデオは、フェムト写真について語ったマサチューセッツ工科大学の教授兼研究者であるラメシュ・ラスカーによる TED ビデオです。フェムト写真は、毎秒 1 兆フレームをキャプチャする最先端のイメージング技術であり、したがって動く光をキャプチャすることができます!
光源をオフにすると、光子はどこに行くのですか?
ランプが光っている限り、部屋には常に光子が供給されます。部屋の中にある物体 (テーブルなど) に当たる無数の光子のうち、吸収されるものもあれば、反射されてその過程で一定量のエネルギーを失うものもあります。これらの反射された光子は部屋の他の何かに衝突し、もう少しエネルギーを失います。基本的に、光子は何かに完全に吸収されるまで物体に跳ね返り続けます。
内部に光子が絶えず供給されている限り、部屋は照らされたままです。
このようにして、ランプが点灯している限り、部屋は照らされたままになります。しかし、電源を切った瞬間、事態は急速に変化します。
ランプを消す前に放出された光子は、部屋の中のものに完全に吸収されるまで物体に跳ね返り続けます。ほんの数ミリ秒で、すべての光子が室内に完全に吸収されます。
ランプが光っている場合、これらの光子が急速に吸収されても違いはありません。ランプは常に新しい光子を部屋に流し続けるからです。ただし、光子の新たな供給がないため、オフになっているため、光子 (ランプがオンのときに放出された) は、室内の物体に吸収されるときに除去されます。これらの吸収された光子のエネルギーは、私たちが知っているように…
このすべて、つまり、ランプによる光子の放出、他の物体による光子の反射と吸収は、約 100 万分の 1 秒で発生します。そのため、電気を消した瞬間に部屋が真っ暗になります。
興味深いことに、宇宙空間でランプを消すことは、地球上の部屋と同じではありません。なぜなら、通常の部屋とは異なり、宇宙空間で放出された光子は、実際には何にも衝突することなく、宇宙の広大な真空の中で延々と続くからです。とても長い間!
