Свет окружает нас с древних времен. Ночью люди прошлых веков жгли сальные и восковые свечи в помещениях, а на улицах пылали костры и светила Луна. После того, как появились лампы накаливания, ночные города и деревни засияли, словно новогодние ёлки. Вы вероятно заметили, что сейчас, во многих мегаполисах, в темное время суток видно, как днем. Но эволюция приспособлений, дарующих человечеству свет, никак не повлияла на физические свойства света.
Основой явления, по-прежнему, являются специфические частицы – фотоны. Они транслируют все виды излучения, включая видимый свет. Благодаря этим частицам мы наблюдаем за далекими звездами и галактиками, а также освещаем свои жилища.
Чтобы продемонстрировать свойства фотонов необходимо отправиться в глубокий космос. Именно в вакууме для них наступает истинное раздолье. Здесь частицы пролетают миллионы, миллиарды световых лет, практически ни с чем не сталкиваясь.
Какова характеристика фотонов? Они имеют нулевую массу и электрический заряд, не обладают размерами и способны двигаться с пограничными скоростями. В частности, в вакууме они проходят 300 000 километров в секунду. Но в прозрачной среде фотоны более медлительны. Например, чтобы дойти от ядра Солнца до его короны, частице понадобиться около миллиона лет. При этом она же долетит до Земли за 8 минут, как только попадёт в открытый космос.
Фотон – сама распространенная частица в макромире. На один протон или нейтрон приходится 20 000 000 000 фотонов. Для них не существует времени. Эти частицы практически вечны. Но для самого фотона жизнь длится одно мгновение — зажёгся и сразу был поглощён.
Многим интересно, куда деваются фотоны, когда умирает звезда, гаснет галактика или выключается лампочка? К примеру, блеск древних звёзд, спустя миллиарды лет достигший человеческих глаз был испущен, когда объект ещё существовал, но сейчас он, скорее всего, давно мёртв. Но светило, как известно, погибает долго и феерично. А на уровне обычной лампочки все происходит по-другому. Вы щёлкаете выключателем и вокруг сразу наступает кромешная тьма.
Куда же исчезают фотоны, которые испускал среднестатистический осветительный прибор, доли миллисекунд назад? Обратимся к науке. В момент активации лампы накаливания или любой другой ее разновидности, она начинает распространять вокруг миллионы фотонов, двигающихся хаотично. Согласно законам физики, у частиц есть два выхода: либо отражаться, либо поглощаться предметом. Благодаря первому явлению, мы способны видеть предметы вокруг и наблюдать себя в зеркале. Важно понимать, что при отражении, т.е. столкновением с каким-либо объектом, фотоны теряют часть энергетического потенциала. При поглощении обычно происходит нагревание поверхности, впитавшей в себя энное количество частиц. На практике это проявляется следующим: теплыми лавочками в летнем парке, горячей галькой на пляже, раскаленными камнями в пустыне. На перечисленных явлениях строиться процесс, происходящий после включения лампы. Потоки фотонов отражаются от предметов и со временем поглощаются ими. Когда мы выключаем лампочку, новые фотоны прекращают поступать в помещение, а старые никуда не исчезают. Они продолжают сталкиваться до тех пор, пока для каждой частицы не найдется атом, который её, грубо говоря, съест.
Вы можете задать резонный вопрос. Почему свет не гаснет постепенно, ведь оставшиеся кванты все ещё манкируют в помещении? Если подумать, то ответ придет сам собой. Для фотонов понятие «какое-то время» идентично мгновению с точки зрения человека. Дело в том, что уникальные частицы отражаются и поглощаются за миллионные доли секунды. Поэтому мы просто не в силах уловить момент истины. Для наблюдателя существует только 2 состояния. До и с после нажатия на кнопку. Фотоны же за это время переживают целое приключение. Но кванты света окружают нас не только когда мы зажигаем люстру или настольную лампу, а буквально везде. Ежедневный Wi-Fi, пицца, разогретая в микроволновке, радиосигналы, звучащие в наушниках по дороге на работу, лазерные скальпели, помогающие людям избавляться от страшных заболеваний, а также мощнейшие гамма всплески, способные стерилизовать все вокруг на многие миллионы километров. Все это – скопище фотонов. Но если бесплотные частицы при столкновениях или длительных движениях теряют энергию, то как до нас доходит свет звёзд и галактик? А кто сказал, что мы видим все объекты без исключения? Если бы это было так, то ночное небо, казалось бы, нам ярким, словно днем. Но нет. Обзору доступны только тела, испускающие наиболее мощный поток фотонов. Такой луч способен проходить миллиардные дистанции. С ослабеванием мощности уменьшается и расстояние, на котором световой пучок полностью теряет энергию и прекращает наблюдаться. Слишком далекие космические структуры мы так же не можем видеть, поскольку свет рассеивается и фотоны теряются на громадных расстояниях, сталкиваясь с планетами и прочими телами, поглощаясь ими или теряя энергию. Некоторые ученые вывели на этом утверждении целую теорию, гласящую, что Вселенная на самом деле стационарна и ей чуждо расширение. А допплеровское красное смещение объясняется эффектом потери энергии фотонов, а не скоростью их удаления. Все это, конечно, спорно и бездоказательно, но имеет право на существование.
Итак, частица, связывающая серую повседневность с космосом, обнаружена. И теперь, включая лампочку, некоторые из вас, возможно, попытаются поймать фотоны буквально на горячем. Но не стоит. Дело это откровенно безнадёжное. Если серьезно, то факт наличия фундаментальных частиц из семейства бозонов — одна из самых добрых вестей для всего человечества и Вселенной в целом. Иначе кромешная тьма стала бы полноправной хозяйкой там, где сейчас загораются звёзды.
Источник: канал Галактика