关灯之后，房间为什么瞬间变暗？可以建造一个永远明亮的房间吗

在一个灯火通明的房间里，如果突然关掉电灯，那么房间几乎瞬间就变暗了。我们想问：那些光都去哪儿了？简短的回答是，光都被房间吸收了。

当光入射到一种材料上时，只有三种情况会发生：它要么穿过材料，要么被材料反射，要么被材料吸收。至于哪一种情况会发生，很大程度取决于材料的性质。例如，用纸做的墙会比水泥墙透光更多，白色的墙会比漆成黑色的墙反射更多。

假设我们在一个大约 10 米宽的房间里，那个房间被漆成白色，油漆反射了大约 90% 的可见光。这意味着它每次反射光时仍然会吸收 10% 的光，因此在一次反射后，将只剩下 90% 的光。在两次反射后，将仅剩下 81% 的光，三次反射后，大约剩下 73% 的光。在 7 次反射之后，只剩下大约 47% 的光，已经有一半被吸收了。在 50 次反射之后，只剩下 0.5%。

光的速度是每秒钟传播 3 亿米，它可以在 30 纳秒内穿过 10 米的房间。如果我们假设反射是瞬时的，这意味着它只需要大约 1 微秒的时间就可以反射 50 次并且几乎 100% 被吸收。对于人眼来说，1 微秒基本上是瞬间的，这就是关灯后房间立即变暗的原因。

由此，我们又很自然地想到了另外一个问题，如果我们在镜子组成的房间里会怎样？实际上，典型的镜子只有 99% 左右的反射率。这听起来可能已经很多了，但即使每次反射光只有 1% 被吸收，它也只需要大约 15 微秒的时间，光就几乎被全部吸收。所以，对我们来说，镜子房间也是一瞬间就变暗。

但是，对于物理学来说，我们总是会考虑理想状态，如果我们有完美的镜子，可以实现真正的 100％的反射率，那又会发生什么呢？可以建造一个永远明亮的房间吗？如果那个房间真的由 100% 反射率的镜子组成，那么那个房间会很快爆炸。

这是一个简单的事实，即光具有动量。当光照亮某物时，那光会对它施加力，虽然这个力很小。假设灯泡发出一个光子，然后它从镜面墙上反射，并在它的方向改变时赋予镜子墙一个动量。然后这个光子又从后壁反射回来，在这个镜面墙进行第二次反射，以此类推，会有无数次的反射。如果灯已经亮了一段时间，那并不是唯一撞击墙壁的光子。即使那盏灯只亮了几次，如果这些光没有被吸收，那么在几秒钟的时间内就会有十亿倍左右的辐射压力倍增。

假设房间没有爆炸，房间的墙壁可以自由移动并随着光线的推动而扩展，那么在这种情况下关掉了灯，会发生什么？即使没有光被吸收，房间实际上也会再次变暗，那是因为光也必须服从动量守恒。当它从墙壁反射并使墙壁运动时，将它的一些动量给予墙壁，它就会失去动量。

对于大多数东西，当它们失去动量时，它们会减速，但光却不会减速，光总是以光速前进。所以，当光失去动量时，它的频率会变低波长变长，也就是发生了红移。随着每次反弹都发生这种情况，我们的光最终会红移出可见范围，最终变成能量可以忽略不计的波长无限长的无线电波。所以，房间再次变暗了。

本文来自微信公众号：万象经验 （ID：UR4351），作者：Eugene Wang