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影子有體積嘛
影子有體積嘛
更新时间:2024-05-04 09:07:38

我們都聽過“如影随形”“形影不離”,意思就是兩個人的關系像影子一樣親密。那麼,像“尾巴”一樣跟随我們的影子是不是也像動物的尾巴一樣具有重量呢?

想要回答這個問題,首先要了解影子是什麼。影子是一種光學現象。光在均勻介質中沿直線傳播,當光遇到不透明的物體時,便會産生投影,也就是我們所說的影子。既然影子是一種現象,那麼影子自然就沒有重量了。

影子有體積嘛(影子也有重量嗎)1

圖片來自網絡

但是,科學家們發現了一個有趣的事實,影子雖然沒有重量,可是當影子投射在一個物體上時,會使這個物體的重量減輕,這是為什麼呢?根據量子力學的理論,光能夠攜帶一定的動量和能量。在真空中,光的動量大小與能量大小成正比。當光照到某個物體上時,這個物體會吸收或者反射光,這個過程使得光的動量發生改變,進而改變光的能量。因此,當物體被光照射時,物體會受到光的力。我們将這種力稱為光壓。可以說,我們在沐浴陽光的同時,也在承受陽光給我們的壓力,隻不過這個壓力的大小可以忽略不計。

因此,關于被影子投射的物體重量減輕的問題,我們可以這樣理解:當A物體上投射了B物體的影子時,說明本應照在A物體上的光被B物體擋住了,而B物體為A物體承受了一部分來自光的重量,因此A物體的重量變輕了。但是,正如我們在一般條件下很難感受到光壓一樣,A物體減輕的重量也是微乎其微的。

不過,當光壓集中在一個極小的空間時,這個力就不容我們忽視了。外科手術中使用的激光手術鉗,正是運用了這一原理。

我們在地球上受到的光壓微不足道,那麼在太陽系中、在距離太陽更近的位置上受到的光壓是否會有所不同呢?我們能否将這種壓力轉變為在太空航行的動力呢?

影子有體積嘛(影子也有重量嗎)2

早在19世紀,作家凡爾納就曾在他的小說中描述了太陽帆這種設備。他認為,光會對物體産生作用力,向物體撞擊并反彈出去,撞擊的過程就會産生能量,當大量的光子作用物體并産生足夠大的能量時,就能推動太陽帆前進。

進入20世紀,科學家們開始了相關研究,太陽帆正式成為科學實踐的目标。經過科學家的不懈努力,太陽帆能夠利用太陽在特制薄膜上的反射光壓推動航天器前進,且在前進過程中無須消耗額外的化學燃料和工作介質。質量小、收展比大、成本低、功耗低、航程長……這些都是太陽帆的優勢。中國科學院沈陽自動化研究所研制的“天帆一号”,在軌驗證了多項太陽帆的先進技術。

科學家們認為,太陽帆很有希望成為在太陽系外遨遊的航天器,其在小行星探測、太陽極地探測及空間碎片清除等方面均有廣闊的前景。或許未來我們會看到,在浩瀚的宇宙中,一架乘光而行的探測器向着無垠的深邃堅定地前行。

本文由山東省威海市鳳林學校二級教師劉歡進行科學性把關。

影子有體積嘛(影子也有重量嗎)3

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