光为什么砸不死人

作者: 清华大学物理系4字班

来源: 中科院物理所

发布日期: 2016-10-21 09:58:07

本文通过问答形式探讨了多个物理现象,包括雨滴形成、激光冷却原子、宇宙膨胀、宇宙半径、真空能、光与人体的相互作用等,由清华大学物理系4字班的同学们提供解答。

我们知道,当温度降低,压强增大到一定程度时,水会发生相变,从气态液化,这就是雨水形成的过程。可以想象这样一幅图景——在温度降低的过程中,水分子的运动速度变慢,它们在运动的过程中有更大的几率聚拢在一起。但是当两个水分子刚靠在一起,很快就又会被其他水分子的碰撞给撞散。只有当达到一定数量的水分子共同聚拢在一起的时候,它们之间的聚拢作用才足够强大,经得住冲撞,并且能像滚雪球一样越滚越大,最终形成雨滴。

凝结核的存在,提供给水分子的表面,使其不易被撞散,以此为基础形成雨滴就容易得多了。用物理的术语来讲,凝结核是亚稳态越过势垒走向稳态的关键。雨滴形成的原理和凝露是基本一致的。

当然可以了。 阿波罗登月还是玉兔的照片上都没有星星是因为:第一,那是白天,月球没有大气散射,太阳直射到月球表面。表面散射的太阳光比地球上强得多。如果要照出星星,那地面就是惨白一片了。地面才是我们拍照的重点呀!

所以为了不让地面过曝光,我们只有牺牲星空了。(这个道理就跟你们国庆出去旅游对着太阳拿手机自拍照出个黑乎乎的人影一样,只是反过来。)第二,太空飞船的相机是为了科研任务而不是为了摄影艺术。可靠性,续航能力和重量才是需要重点考虑的地方。不需要拍摄质量不必要的好。(比如拍摄星空我们有更好的太空望远镜,不必月球探测器帮忙)

现在不会,事实上宇宙膨胀是空间的膨胀,比较直观地,可以把宇宙想象成一个二维的“平面”,这个“平面”局部是平的,在大尺度上是弯曲的,好比正在被吹大的气球的表面。如果我们在气球表面画两个点,这两个点的空间距离会越来越大。但是要注意到我们画的这两个点之间没有任何相互作用。

如果我们将两只蚂蚁放在气球表面并用很细的弹性绳子将他们拴在一起,可以想象尽管气球在膨胀,两只蚂蚁被绳子拽着,也不会相距太远,这就是被相互作用束缚的结果。太阳系由于相比宇宙尺度很小,引力束缚效果强,行星与太阳被引力的绳子系在一起,宇宙膨胀的效果对于太阳系没有多大影响。但是现在的宇宙在加速膨胀,如果继续这样下去,有一天太阳系这个束缚系统也不足以对抗宇宙膨胀了,那太阳和恒星就可能要分开了。

“宇宙的半径”指可观测宇宙的半径,“可观测”并不等同于真实观测到。如今我们可以观测到138亿光年外发射来的光子(也就是138亿年前),根据哈勃定律,可以推算出这些光子所在的位置在138亿年后,已经膨胀到了大约460亿光年的地方。宇宙的膨胀速度是可以超光速的,因为宇宙的膨胀并非携带质量或者信息的运动。狭义相对论中,有质量的物体一旦达到光速,质量会增加到无穷大,所以相对论不允许有质量的物体超光速运动。

同样信息传递如果超光速,将可能导致因果倒置,逻辑上是不能接受的。然而除此之外,超光速并非不可以,只要不携带质量,不携带信息,超光速是不与狭义相对论相矛盾的。

真空能是整个宇宙空间中存在的背景能量。真空能的影响在自发跃迁,兰姆位移等实验可以被观察到。它被认为在天文学尺度上影响宇宙的行为。真空能源于量子力学中的零点能(量子力学中,不确定性原理导致微观粒子的基态能量不为零,这个能量称为零点能)。然而,由宇宙学常数估计的真空能密度与由量子电动力学和相对论性电动力学推出的零点能有着数量级上的巨大差距,这是一个物理学仍未被解决的问题。

光的反射和折射其实都源于光子与物质分子之间的相互作用。而“砸”,其实是指一个宏观物体在遇到人体表面时,由于无法穿透而突然“刹车”。砸死人的原因是“刹车”的一瞬间产生的冲力大于人体结构所能承受的最大力,从而直接在物理上破坏人体结构。

但是对于光来说,由于波粒二象性光子可以看成是一个一个与人体表面的分子发生相互作用,对于能量较低的光子,只会发生一般的散射;而对于高能的光子,其相互作用的强度提高,就有可能“砸”坏人体表面的分子结构,破坏人体的组织,例如激光武器、x射线等都可以致命,但此“砸”非彼“砸”~

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