Domanda:
Perché non possiamo vedere la luce che viaggia dal punto A al punto B?
Zer01
2015-07-29 07:41:47 UTC
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Supponiamo di avere una nuvola di polvere che è larga un anno luce e qualcuno spara un raggio di luce dal punto A al punto B, perché non è possibile per un osservatore molto lontano vedere la luce mentre viaggia attraverso la nuvola alla velocità della luce?

light

Lo sai che non è possibile?
Ecco il problema: calcola l'intensità necessaria per la sorgente originale quando parli di scale di lunghezza nell'ordine degli anni luce.Anche con un fascio originale altamente (ma non perfettamente!) Collimato, la luce diffusa viene proiettata in un'area molto solida e quindi cade con la dipendenza familiare.Quindi, progetta il giusto sistema di rivelatori e non è un grosso problema, ma fai affidamento, diciamo, sul bulbo oculare Mk I e avrai problemi.
Qualunque luce entri nei tuoi occhi non è luce che viaggia verso B.
Nella maggior parte delle nebulose, la densità della materia è inferiore ai vuoti che creiamo sulla Terra.C'è dispersione, ma non molto, ma * è * l'unica ragione per cui possiamo vedere la luce visibile dalle nebulose in primo luogo.Ovviamente, essendo così bassa intensità, tendiamo invece a fare affidamento sull'emissione di infrarossi, ma anche questo è il risultato del riscaldamento, in alcuni casi di una stella vicina.
Non sono sicuro che si tratti di una domanda sugli echi di luce o di un fraintendimento fondamentale di cosa significhi vedere qualcosa.
Nella maggior parte dei casi lo chiameresti "vedere la polvere mentre l'impulso di luce viaggia attraverso di essa" piuttosto che "vedere l'impulso di luce mentre viaggia attraverso la polvere".Ovviamente, ciò con cui interagisci effettivamente non è né l'uno né l'altro, è la luce emessa dalla polvere o riflessa dalla polvere quando l'impulso luminoso incontra la polvere.Quello che tu chiami non è poi così rilevante, ma può portare a una nuova prospettiva o comprensione.
Ho contrassegnato questa domanda come "non è chiaro cosa stai chiedendo".In questo momento la metà dei lettori sembra presumere che la domanda chieda perché l'osservatore non vede la luce, e metà dei lettori sembra presumere che la domanda chieda perché l'osservatore non vede la polvere illuminarsi gradualmente da A aB.
Se l'osservatore è più lontano di B, la luce sarà già arrivata a B a meno che la luce non sia sufficientemente rallentata dalla nuvola.
Otto risposte:
#1
+73
user12029
2015-07-29 07:47:42 UTC
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A volte lo facciamo e il fenomeno è chiamato eco di luce.

enter image description here

Quello che " stai guardando NON c'è gas in movimento. È un "eco" esattamente come lo descrivi.

Il problema è che hai bisogno di un impulso di luce. Se hai un flusso di luce costante, gli "echi di luce" saranno esattamente come quelli che vedi nella nebbia sulla terra.

Questo è un collegamento fantastico, ma penso che sia necessaria una spiegazione più approfondita.Almeno dì che la pulsazione è dovuta a una supernova.
Non sono convinto che questo risponda alla domanda dei PO, almeno non direttamente.Penso che questo potrebbe utilizzare un po 'più di dettagli sul come / perché risponde.
@KyleKanos Il punto A è la nova;il punto B è altrove.
Roba buona Fuzzy (e Ernie).Imparo qualcosa di nuovo ogni giorno.
Questa è la star dell'animazione: https://en.wikipedia.org/wiki/V838_Monocerotis
@CeesTimmerman quindi il punto B include l'osservatore.
Qual è la quantità di tempo rappresentata in questa gif?
@duzzy queste informazioni si trovano nella pagina di wikipedia collegata sotto "esempi".
@duzzy - Sulla base delle didascalie della [immagine di Wikipedia] (https://en.wikipedia.org/wiki/V838_Monocerotis#/media/File:V838_Monocerotis_expansion.jpg), è un po 'meno di 2 anni: da maggio 2012 a febbraio 2014.
Tecnicamente l'osservatore continua a non vedere la luce proveniente da A a B ma solo una parte della luce riflessa naturalmente in quel processo.Ma immagino, l'OP ha appena ipotizzato, non sia possibile per qualche motivo mentre in realtà lo è.
#2
+24
Ernie
2015-07-29 08:32:01 UTC
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Sarebbe possibile vedere il progresso dei fotoni nello spazio se l'impulso luminoso fosse eccessivamente intenso e se la nuvola di polvere da cui riflettono fosse posizionata e modellata per riflettere la luce verso di noi. Invece di sparare un raggio dal punto A al punto B, sarebbe meglio se la fonte di luce fosse tra noi e la nuvola di polvere, poiché la luce riflessa dalla nuvola ci apparirebbe più intensa e più probabile per essere visto da noi. È meglio se il polso fosse istantaneo, altrimenti sembrerebbe essere una palla di gas diffusa in espansione senza dettagli interni, come sottolinea John Rennie nel suo commento.

Tutte queste condizioni sono state soddisfatte dal collegamento che NeuroFuzzy fornito, che sembra essere la fotografia time lapse di un impulso di luce dal V838 Monocerotis che riecheggia da una polvere dietro di esso, l'eco di luce più spettacolare nella storia dell'astronomia, secondo l'Agenzia spaziale europea.

p> È molto più luminoso anche di una supernova, ma non è esattamente un'esplosione. La luce dell'impulso iniziale ha raggiunto la terra nel 2002. V838 Monocerotis non ha perso la sua pelle esterna. Invece, si espanse enormemente in termini di dimensioni, fino a quando la sua pelle esterna non fu molto più calda di una lampadina. Questo è un comportamento molto insolito e potrebbe essere stato causato da una stella che ne ha cannibalizzato un'altra.

L'animazione dell'eco luminoso NON rappresenta i detriti espulsi. Quello che vedi è la luce stessa che si riflette sulla polvere interstellare che si trova principalmente dietro il progenitore, non di fronte ad esso. L'eco della luce forma un ellissoide in espansione con V838 Monocerotis a un fuoco e noi osservatori all'altro. È concavo verso di noi. Una buona descrizione è nell'articolo di Wikipedia, che è l'ultimo collegamento sotto.

Ecco un resoconto dell'evento e un video time lapse ancora migliore, grazie al telescopio Hubble: http://www.theatlantic.com/technology/archive/2014/06/space-cannibalism- è-beautiful / 373260 /. È affascinante vedere il progresso dei fotoni stessi mentre coprono grandi distanze.

Ecco una storia più completa dell'evento, con una bibliografia: http://www.phschool.com/science /science_news/articles/enigmatic_eruption_v838.html.

L'articolo di wikipedia include anche una buona bibliografia di riferimenti a questo impulso di luce e alla successiva eco di luce: https: //en.wikipedia .org / wiki / V838_Monocerotis.

Faccio fatica a capire perché sembra una nuvola di polvere in espansione.Cosa vedremmo se invece di un flash fosse un'illuminazione continua?Sarebbe il risultato della fusione di tutti i fotogrammi insieme?
@Ruslan: vedresti una palla in espansione di gas incandescente.Il bagliore dalle regioni esterne della palla tenderebbe a mascherare i dettagli dall'interno.La quantità di dettagli interni che vedresti dipenderebbe da quanto fosse denso il gas.
@JohnRennie Gas incandescente?Sicuramente intendi riflettere la polvere.
@CeesTimmerman: sì, voglio dire solo che sembrerà incandescente perché diffonderebbe la luce.La polvere stessa è fredda.
Come è questa una risposta alla domanda?Nella migliore delle ipotesi, questa è una spiegazione della completa mancanza di dettagli di Neuro nella sua risposta.
@KyleKanos Si collega anche a un video più dettagliato.
@KyleKanos: Ho aggiunto un nuovo primo paragrafo per rispondere direttamente alla domanda, piuttosto che semplicemente spiegare la risposta di Neuro.
#3
+15
WBT
2015-07-29 22:13:14 UTC
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Se una parte della luce viene riflessa dalla polvere con un angolo tale da essere deviata per raggiungere l'osservatore, l'osservatore vedrà quella luce. Tuttavia, quei fotoni specifici che raggiungono l'osservatore non raggiungeranno B (a meno che non vengano riflessi dall'osservatore). Allo stesso modo, a meno che l'osservatore non si trovi nel punto B (che non è il caso della domanda posta), o la luce non viene riflessa da B all'osservatore, la luce che raggiunge B non raggiungerà l'osservatore.

L'osservatore può utilizzare l'esperienza passata sul comportamento della luce ecc. per dedurre che la fonte della luce non sono le particelle di polvere ma A, e che qualsiasi luce non dissipata dalla polvere raggiungerà B. Ad esempio Nell'immagine seguente, possiamo dedurre che la sorgente della luce è il sole e che parte della luce, non dissipata dalle particelle nell'aria, raggiungerà probabilmente punti particolari sul terreno in quel campo. Qui, possiamo anche vedere che parte della luce che raggiunge quei punti sul terreno viene riflessa all'osservatore, confermando l'inferenza.

shafts of sunlight over field poking through clouds

L'osservatore, illustrato come un occhio, è un rilevatore di luce che rileva solo la luce che lo raggiunge, l'osservatore, non la luce che non lo raggiunge. (Questa è la risposta breve alla domanda.) L'osservatore dovrà anche aspettare qualunque sia il tempo necessario ai fotoni per passare da A a qualunque cosa da cui vengono riflessi, all'osservatore.

Al contrario, in questa seconda foto, alcune frequenze di luce vengono riflesse da B (punti sulla ground) all'osservatore, ma il percorso che la luce sta seguendo non è chiaramente mostrato a causa della diversa quantità di particelle sul percorso tra quei punti di massa e la sorgente di luce.

shafts of sunlight field

#4
+11
Digital Trauma
2015-07-30 03:12:56 UTC
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Utilizzando una fotocamera in grado di acquisire "Movimento a trilioni di fotogrammi al secondo" , è possibile eseguire questa operazione su scala di laboratorio. La tecnica utilizzata è stata chiamata femto-fotografia.

enter image description here

(Image credit to Ramesh Raskar, Associate Professor , MIT Media Lab)

Ovviamente una fotocamera che prende letteralmente un trilione di full frame al secondo è totalmente impossibile con la tecnologia odierna. Supponendo una dimensione del fotogramma di 1000x1000 pixel e 3 byte per pixel, una fotocamera di questo tipo dovrebbe produrre una velocità dati grezza totale di almeno $ 3 * 10 ^ {18} $ byte / secondo o 24 miliardi di Gigabit / secondo!

Invece, la scena fotografata deve essere ripetibile (cioè totalmente immobile e le variazioni di illuminazione ambientale eliminate). Un laser viene utilizzato per inviare molti brevi impulsi di luce nella scena. Oltre a illuminare la scena, l'impulso della luce laser attiva un tubo a strisce, che cattura efficacemente una linea di scansione dell'immagine. Con più esposizioni ripetute, le linee di scansione possono essere costruite in un'immagine e più immagini in un video full-motion. Il trucco sta nell'attenta sincronizzazione del tempo e dei punti di vista.

Altre informazioni dal MIT qui.

Questo è un bell'esempio di "vedere la luce muoversi" ma sarebbe bene includere un po 'più di descrizione dell'esperimento piuttosto che il semplice collegamento a un sito esterno (che può diventare obsoleto)
La tua descrizione è fuorviante.L'animazione che hai incluso non mostra l'effettiva propagazione di un singolo impulso luminoso.Per quanto ne so, nessuna fotocamera esistente è in grado di catturare un tale frame rate con una tale qualità.------ Invece hanno catturato milioni di immagini di milioni di esposizioni ripetute a impulsi di luce discreti: _Usiamo un metodo "stroboscopico" indiretto che registra milioni di misurazioni ripetute mediante un'attenta scansione nel tempo e nei punti di vista.Quindi riorganizziamo i dati per creare un "filmato" di un evento lungo un nanosecondo.
Ricordo che tutti gli articoli di giornale all'epoca erano ugualmente fuorvianti.Tutti hanno detto "omg una telecamera che è abbastanza veloce da mostrare la luce in realtà in movimento", che è una totale assurdità.
@LightnessRacesinOrbit Spero di averlo chiarito un po ', anche se a giudicare dai continui voti positivi al commento di Pabouk, forse non ho fatto un ottimo lavoro.In altre notizie: puoi essere osservato mentre corri in orbita?Forse questa sarebbe la migliore risposta a questa domanda ;-)
@DigitalTrauma:: P È davvero una domanda simile!
#5
+8
Scott Baker
2015-07-30 00:04:01 UTC
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Supponiamo che tu costruisca un contatore di palline da ping pong. Aumenta il conteggio ogni volta che una pallina da ping pong colpisce il sensore.

Lanci una pallina e questa colpisce il sensore: rilevato!

Lanci una pallina attraverso il sensore da sinistra a destra ... nessun rilevamento, perché non hai colpito il sensore.

Il tuo bulbo oculare è un sensore di luce, che crea immagini dalla luce che colpisce il tuo nervo ottico . Non puoi vedere la luce che non entra nei tuoi occhi.

Per estendere questa metafora all '"eco della luce" nell'altra risposta: lanci un trilione di palline da ping pong contemporaneamente e una piccola parte di esse rimbalza sugli ostacoli nella stanza e colpisce il sensore (che sa anche in quale direzioneè stato colpito da)
#6
+4
almostTheRightThing
2015-07-29 21:25:20 UTC
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Il mio progetto master era su qualcosa del genere (sebbene con linee di emissione di idrogeno alfa per le nuvole di gas tra le galassie piuttosto che la polvere tra le stelle) e la risposta in quel caso (e quasi certamente anche in questo) è che non puoi guardalo perché è troppo debole, anche se usare centinaia di ore di telescopio può avvicinarti (forse).

Ancora una volta, questa non è esattamente la stessa cosa ma è un concetto correlato: http: / /arxiv.org/pdf/0711.1354v1.pdf

(non ero io, ma era il documento a cui mi riferivo più spesso).

#7
+1
Guill
2015-08-05 04:06:22 UTC
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Nelle condizioni stabilite, la domanda è una dichiarazione falsa . Potremmo, infatti, essere in grado di "vedere" il fascio di luce tra i punti A & B. Mentre i fotoni viaggiano dal punto A a B, alcuni fotoni saranno deviato (scontrandosi con le particelle di polvere) nella nostra direzione, permettendoci di "vedere" il raggio. Solo in assenza di particelle di polvere (o qualsiasi altra particella), non saremmo in grado di vedere il raggio di luce.
Per evitare complicazioni dovute all'intensità della luce, alle grandi distanze e alla diffusione, l'esperimento viene condotto in un laboratorio, utilizzando un raggio laser e la distanza tra A & B è uguale a un nanosecondo di luce.

#8
  0
N.S.
2015-08-05 15:54:12 UTC
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Se il fotone che hai descritto si sposterà da A a B, non c'è motivo per cui puoi vederlo nella posizione C.Perché se fossi in grado di vedere il fotone, si sarebbe spostato da A a C, dove ti trovi, non B. Pertanto, non sei in grado di vedere il percorso attraversato dalla luce, a meno che, come hanno detto altri, qualcosa come un atomo lo devia. In tutte le risposte precedenti, qualcosa ha riflesso la luce in modo che arrivi alla fotocamera del fotografo. Altrimenti, è impossibile vedere quel fotone.



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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