Когда вы щелкаете выключателем, комната погружается во тьму мгновенно. Но что происходит с миллиардами фотонов, которые только что наполняли пространство? Куда они исчезают и почему это происходит так быстро?
Что происходит, когда свет включен
Источник освещения непрерывно излучает фотоны — частицы света, которые движутся со скоростью около 300 000 километров в секунду. В обычной комнате эти фотоны отражаются от стен, мебели, пола и потолка, создавая освещение. Каждое отражение сопровождается частичной потерей энергии: часть фотонов поглощается материалом поверхности, а часть отражается и движется дальше.
Пока лампа горит, этот процесс не прекращается. Источник постоянно производит новые фотоны, заменяя те, что были поглощены. Именно поэтому в комнате сохраняется освещение.
Что происходит, когда свет выключается
Стоит выключить лампу, и поступление новых фотонов прекращается. Те фотоны, которые остались в комнате, продолжают двигаться и отражаться, но их число быстро сокращается. Каждое столкновение с поверхностью приводит либо к отражению с потерей энергии, либо к полному поглощению.
Поглощение происходит на атомном уровне. Когда фотон попадает на поверхность, его энергия может передаваться электронам в атомах материала. Электрон переходит на более высокий энергетический уровень, а фотон при этом перестает существовать. Затем электрон возвращается в исходное состояние, а энергия высвобождается в виде тепла или переизлучается на другой длине волны.
Куда уходит энергия фотонов
Энергия поглощенных фотонов превращается в тепло. Стены, мебель и все объекты в комнате нагреваются на ничтожно малую величину — настолько малую, что зафиксировать ее можно только с помощью высокочувствительных приборов.
Часть энергии переизлучается в инфракрасном диапазоне, который человеческий глаз не воспринимает. Именно поэтому мы не видим остаточного свечения после выключения лампы, хотя физически процесс переизлучения продолжается.
Почему мы не видим задержки
Поглощение фотонов окружающими объектами происходит за время порядка наносекунд — миллиардных долей секунды. Для сравнения: за одну наносекунду свет проходит около 30 сантиметров. В типичной комнате размером 4 на 5 метров фотон может отразиться от стен несколько раз, прежде чем будет поглощен, но весь этот процесс занимает менее одной миллионной доли секунды.
Человеческий глаз и мозг не способны воспринимать события такого масштаба. Для нас комната погружается во тьму в тот же момент, когда выключается свет. Фактически между выключением лампы и исчезновением последнего фотона проходит некоторое время, но оно настолько мало, что мы его не замечаем.
Главное
Когда свет выключается, фотоны не исчезают сразу, а еще очень короткое время продолжают отражаться от поверхностей, пока не будут полностью поглощены. Поглощение происходит на атомном уровне: энергия фотона передается электронам, а затем рассеивается в виде тепла или переизлучается в инфракрасном диапазоне. Этот процесс занимает чрезвычайно малое время, поэтому для человеческого глаза темнота наступает практически сразу. Энергия фотонов при этом лишь ничтожно слабо нагревает окружающие предметы, и зафиксировать такой нагрев можно только с помощью чувствительных приборов.
Читайте также: Есть ли у света масса?
