Domanda:
Perché la luce non mi uccide?
Shawn McDowell
2013-05-17 03:42:16 UTC
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Perché ogni singolo fotone ha una quantità di energia così bassa? Vengo colpito dai fotoni tutto il giorno e trovo incredibile non essere vaporizzato.

Sono semplicemente troppo grande fisicamente perché i fotoni possano danneggiarmi troppo, o forse il campo magnetico terrestre filtra abbastanza cause dannose come i raggi gamma?

Un po 'fuori tema, ma in "Profili del futuro", parlando della possibilità di invisibilità, Arthur C Clarke dice: "Un uomo invisibile non sarebbe solo cieco, sarebbe morto". All'inizio ho interpretato male questo come se dicessi che qualsiasi "pozione dell'inivisibilità" ti avrebbe ucciso. Ma quello che sta dicendo è che la luce normale interromperebbe troppo i processi in corso nelle tue cellule, quindi è una buona cosa che tu abbia una pelle abbastanza opaca per tenerla fuori.
Penso che tu intenda "raggi gamma"
Cinque risposte:
Martin Beckett
2013-05-17 04:07:45 UTC
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I singoli fotoni sono molto piccoli e non hanno molta energia.
Se ne metti insieme molti in un unico punto puoi ferire qualcuno, semplicemente fornendo energia sufficiente per fondere un oggetto (chiedi a qualsiasi spia di un tabella sotto un raggio laser).

C'è un'altra caratteristica strana dei fotoni. Sebbene molti di loro possano fornire molta energia e riscaldare un oggetto, ci vuole un singolo fotone di energia sufficiente per rompere un legame chimico. Quindi, mentre un singolo fotone ultravioletto ad alta energia può rompere una molecola nella tua pelle e causare danni, un miliardo di fotoni visibili a bassa energia che colpiscono lo stesso punto non possono rompere quel singolo legame. Anche se insieme trasportano molta più energia, è l'energia che viene fornita in un singolo fotone che conta in chimica.

Fortunatamente l'atmosfera terrestre ci protegge dai fotoni con energia sufficiente per rompere la maggior parte dei legami chimici.

Ci * sono * più processi di assorbimento in cui diversi fotoni a bassa energia possono essere assorbiti per causare una transizione energetica relativamente ampia. È solo che la probabilità di questi eventi è estremamente piccola (perché, più o meno, più fotoni devono trovarsi nello stesso posto nello stesso momento * e * l'interazione con ogni singolo fotone è relativamente debole). Penso che un potente raggio laser sia necessario per iniziare a vedere questi effetti, ma non sono davvero l'esperto su questo.
@MichaelBrown - sì, se sei fatto di KDP dovresti stare attento a prendere il sole anche in una giornata nuvolosa.
[Questo KDP] (http://en.wikipedia.org/wiki/Monopotassium_phosphate)? Come ho detto, non l'esperto ...
@Michael Brown: Le transizioni multifotone possono effettivamente essere più probabili delle transizioni di singoli fotone se l'intensità della luce è abbastanza alta.
Non è solo fortuna, la vita si è evoluta per adattarsi all'ambiente, che include un certo intervallo di energia per i fotoni. Se gli scudi dell'atmosfera permettessero ad altri fotoni di passare, la vita si sarebbe evoluta in qualche altro modo.
@MichaelBrown sì, quel KDP. Le proprietà di cui stiamo parlando sono chiamate "proprietà ottiche non lineari" - vedi i link nell'articolo di Wikipedia.
Qualcosa nei tuoi occhi può rispondere a più fotoni ad intensità sufficientemente elevate. Alcune persone accecate da incidenti con laser IR hanno riferito che l'ultima cosa che hanno visto è stato un lampo verde di un colore che corrispondeva a eventi di assorbimento di fotoni doppio (triplo?).
Wow, questa domanda è stata protetta velocemente. Immagino che aggiungerò solo un commento ... Un'altra prospettiva è guardare alla diluizione. Sulla superficie del sole, ovviamente, l'intensità della luce ti vaporizzerebbe all'istante. Ma se fai un po 'di geometria, puoi vedere che mentre il guscio sferico di luce si espande, quando raggiunge la terra copre un'area vicino a 50.000 volte più grande ... riducendo l'intensità in qualsiasi punto di 50.000 volte.
@FrankPresenciaFandos - in misura limitata. Se avessimo un'atmosfera che consentisse molti raggi X estremi o duri, è improbabile che la vita si sarebbe evoluta.
@MartinBeckett: Non ne sarei così sicuro, la vita in una situazione del genere probabilmente si sarebbe sviluppata per usare XUV o X-Ray in altro modo.
Brandon Enright
2013-05-17 09:21:20 UTC
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Ho una risposta un po 'non fisica per te. Se mi permetti di ampliare un po 'la tua domanda a "perché la luce non uccide o altrimenti rende impossibile tutta la vita sulla Terra", la risposta è che la Terra si trova in quella che chiamiamo " zona abitabile" .

Se il Sole producesse così tanta luce o luce a energie così elevate da ucciderti, riscalderebbe anche il pianeta così tanto che l'acqua liquida non sarebbe possibile. In questo caso, è probabilmente ragionevole argomentare tramite il " principio antropico" che viviamo su un pianeta in una zona abitabile perché altrimenti non esisteremmo per porre tali domande. Nota ovviamente anche che abbiamo definito la zona abitabile in base ai nostri parametri di vita, quindi qui c'è una definizione un po 'circolare.

Sì, in effetti, questa domanda mi ricorda altre come "perché l'ossigeno non ci uccide" o "perché ci piacciono i colori blu e verde"?
krs013
2013-05-17 05:10:27 UTC
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Questa domanda è più interessante di quanto pensassi all'inizio. Mi piace. Ci sono molte parti differenti per una risposta a questa domanda; Contribuisco solo a un paio che hanno qualcosa in comune: i nostri corpi (e tutto il resto, non ha nulla a che fare con i corpi) emettono anche fotoni alla stessa velocità con cui li assorbono.

Sul macroscopico / scala termica, abbiamo radiazione del corpo nero. Attraverso la radiazione del corpo nero, tutta la materia emette uno spettro continuo di radiazioni. La distribuzione di questo spettro dipende principalmente dalla temperatura dell'oggetto. Questo è il motivo per cui gli oggetti posti nel fuoco sembrano brillare di rosso, siano essi legno, metallo o rocce. Anche i nostri corpi emettono radiazioni in questo modo, ma alla nostra temperatura questo spettro è nella gamma degli infrarossi, quindi non è visibile (per gli esseri umani, i serpenti possono vedere il calore corporeo). Poiché tutto assorbe ed emette fotoni in questo modo, c'è un equilibrio in cui riceviamo tanta energia termica quanta ne perdiamo, anche se è solo in un ambiente in cui tutto è in equilibrio. Cose calde come il sole e le luci a incandescenza possono buttarlo via, motivo per cui fa caldo uscire ... o essere sotto una lampada riscaldante. Comunque, non preoccuparti di riempire troppi fotoni, ti lasciano altrettanto velocemente.

Su scala microscopica, abbiamo il fenomeno difficile da pronunciare della fluorescenza. Quando un fotone ad alta energia viene assorbito da un atomo, parte della sua energia può essere riemessa come fotone a bassa energia. Naturalmente, questo non accade ogni volta e non so se accade molto nei nostri corpi. Dipende dalle proprietà del materiale. È qui che otteniamo luci fluorescenti, pigmenti e detersivi per bucato: i produttori di detersivi in ​​realtà includono pigmenti fluorescenti nei loro prodotti in modo che i vestiti emettano più luce visibile di quanto dovrebbero fisicamente assorbendo la luce UV e riemettendola nella gamma visibile. Ad ogni modo, anche se non sono sicuro che quel principio in particolare ti salvi dall'atomizzazione, vale la pena ricordare che non tutti i fotone che ti colpiscono rimangono lì.

Quindi, in conclusione, anche se l'energia che la luce porta a il nostro corpo (e la terra) è sostanziale (immagina se non ci fosse il sole - la radiazione è importante!), non ci riempiremo di fotoni fino a scoppiare. Siamo in equilibrio.

+1 per l'equilibrio delle energie in entrata e in uscita relative a fenomeni diversi.
Manishearth
2013-05-17 11:15:33 UTC
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Un fotone generale non è troppo pericoloso. La maggior parte dei fotoni che incontriamo ha il potere di riscaldare i nostri corpi e non molto altro. Il calore che assorbiamo quotidianamente dai fotoni non è molto, quindi questo è raramente un problema.

Ora, una cosa interessante dei fotoni è che due fotoni di energia inferiore non producono un singolo fotone di energia (frequenza). Quindi un milione di fotoni visibili non avrà ancora lo stesso effetto di un singolo fotone ultravioletto. Ad esempio, se un certo legame chimico richiede la rottura di un fotone UV, sparargli contro molti fotoni visibili non funzionerà.

I fotoni ultravioletti hanno la capacità di mutare il DNA e altre molecole essenziali. Troppo ed è probabile che ti ammali il cancro della pelle. I nostri corpi sono sintonizzati per essere in grado di affrontare una piccola quantità di radiazioni UV (che subiscono quotidianamente), quindi di solito non è un problema. Se hai intenzione di stare al sole, la protezione solare ti aiuta a mantenerti doppiamente al sicuro.

I fotoni gamma passano attraverso la pelle e influenzano altre molecole all'interno del nostro corpo. Ancora una volta, il nostro corpo può gestire una piccola quantità di radiazioni gamma, ma se si tratta di un raggio potente (a parte il surriscaldamento), molte sostanze chimiche essenziali nel nostro corpo verranno scomposte in frammenti (possibilmente tossici).

Il campo magnetico non è così efficace per tenere lontani i fotoni 1 , ma l'atmosfera terrestre tiene lontani la maggior parte delle radiazioni UV / gamma. Gli astronauti nello spazio hanno bisogno di filtri speciali nelle loro tute spaziali (e nelle loro navette) per evitare di essere bruciati dai raggi cosmici.

1 Componenti carichi di raggi cosmici come muoni ad alta velocità e vari adroni materia è impedito di entrare sia dal campo magnetico che dall'atmosfera (l'effetto combinato provoca le aurore). Questi (e i loro prodotti di decadimento) hanno la capacità di fare un bel po 'di danni se vengono in superficie senza ostacoli.

+1 per il campo magnetico non ha effetto sui fotoni.
fffred
2013-05-24 05:53:00 UTC
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Un fotone visibile ha un'enorme quantità di energia per farci del male: circa $ 2 \ times10 ^ {- 19} $ Joule. È circa 500000000000000 di volte inferiore all'energia di una goccia di pioggia che cade sulla tua testa (0,01 Joule). Ma in un secondo, un raggio di luce solare delle dimensioni di una goccia di pioggia invia $ 10 ^ {17} $ fotoni che lo rende potente quanto una goccia di pioggia.

Un raggio di luce solare o le gocce di pioggia hanno fondamentalmente la stessa potenza. Sono entrambi costituiti da "particelle" (fotoni o molecole d'acqua) che interagiscono una ad una con le molecole del nostro corpo. Un fotone può interagire approssimativamente con una molecola, ma non è sufficiente per causare danni. Quando le molecole del corpo vengono colpite molte volte, possono iniziare a muoversi e riscaldarsi. Questo è ciò che causerebbe un'ustione solare. È solo una questione di quantità. Aggiungi 100 o 1000 volte più fotoni al secondo provenienti dal sole e potresti iniziare a bruciare ...

Come si misura la "dimensione" di un raggio di luce solare per confrontarla con una goccia di pioggia?


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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