__światło w kuli

[raclan]

co się dzieje ze światłem wpuszczonym do środka kuli której ściany są pokryte lustrami? bedzie tam wiecznie się odbijać? co gdyby wejsc do takiej kuli o srednicy 10m i puścic promień lasera, czy cała przestrzeń wypełni sie natychmiast wiązkami lasera? to byłoby troche nie logiczne bo wyglądałoby ze energia małego lasera daje po chwili energie miliardów laserów.

[nikodem123y]

Bardzo ciekawe pytanie!

Niestety nikt na forum nauka nawet nie próbował udzielić na niego odpowiedzi.

Bardziej ekscytująca była dla forumowiczów dyskusja, czy pomruk jest dobrym moderatorem.

To wszystko zaczyna zamieniać się w groteskę.

[pomruk]

Odbicia nie odbywają się w praktyce bez strat energii. Gdyby jednak były - owszem, odbijanie się trwałoby w nieskończoność. Co do logiki - pamiętaj, że laser charakteryzuje nie energia, lecz moc. Moc lasera się nie zmienia, natomiast ilość energii dostarczonej przez niego rośnie proporcjonalnie do czasu: wypełniając praktycznie cale wnętrze kuli jakąś wiązką (pomijam różne efekty w zerowym przybliżeniu) robisz to w jakimś czasie: energia dostarczona wnętrzu lustrzanej kuli będzie proporcjonalna do tego czasu lecz moc lasera nie ulegnie zmianie.

[raclan]

Czy zatem w lustrzanym sześcianie lub kuli po zgaszeniu światła nadal jest jasno? i przez jak długi czas? Jeśli ubytek energi jest nie wielki to światło i tak powinno rozjaśniać takie wnętrze długi długi czas bo zgaszeniu światła.

[stefan4]

raclan:
> Czy zatem w lustrzanym sześcianie lub kuli po zgaszeniu światła nadal
> jest jasno? i przez jak długi czas? Jeśli ubytek energi jest nie wielki to
> światło i tak powinno rozjaśniać takie wnętrze długi długi czas bo zgaszeniu
> światła.

Stwierdzenie ,,jest jasno'' dotyczy obserwatora, lub jakiś miernik, a nie źródło światła: komuś jest jasno, ktoś widzi, że jest jasno. Ale widzieć może tylko w ten spsób, że pochłonie foton. Widząc jasność przyczyniasz się więc do nastania ciemności.

Jeśli więc wnętrze obłożone jest idealnie bezstratnie odbijającymi lustrami (nie ma takich w rzeczywistości) i w środku zapalisz a następnie zgasisz lampkę, i nie będziesz próbował ustalić, co się tam dzieje, to światło będzie bez końca odbijało się o te ściany. Ale jeśli wsuniesz tam jakieś oko, kamerę, czy inny miernik, to ono dość szybko osłabnie.

raclan:
> w lustrzanym sześcianie lub kuli

Jest różnica między kształtami. Jeśli we wnętrzu sześcianu skierujesz promień lasera na którąś ze ścian, to on będzie się odbijał stale po tym samym sześciokątnym torze, a w reszcie wnętrza nie będzie żadnego światła. A jeśli to samo zrobisz we wnętrzu sfery, to światło rozproszy się na całe wnętrze.

raclan:
> gdyby wejsc do takiej kuli o srednicy 10m i puścic promień lasera,
> czy cała przestrzeń wypełni sie natychmiast wiązkami lasera?

Wypełni się światłem, ale już nie laserowym, bo jego spójność po kilku odbiciach i interferencjach przestanie istnieć.

raclan:
> to byłoby troche nie logiczne bo wyglądałoby ze energia małego lasera
> daje po chwili energie miliardów laserów.

Energia się ,,rozsmaruje'' po wnętrzu kuli. To trochę tak, jakbyś wpuścił kroplę mleka do kawy i zamieszał: nie otrzymasz miliarda kropel mleka w kubku, tylko jedną kroplę bardzo rozwodnio... tfu, rozkawioną.

- Stefan

[kornel-1]

stefan4 napisał:
> Stwierdzenie ,,jest jasno'' dotyczy obserwatora, lub jakiś miernik, a nie źródł
> o światła: komuś jest jasno, ktoś widzi, że jest jasno. Ale widzieć może tylko
> w ten spsób, że pochłonie foton. Widząc jasność przyczyniasz się więc do nast
> ania ciemności.


Niekoniecznie. Owszem, tak działa oko ludzkie i wiele innych mierników. Mój miernik zlicza fotony nadlatujące z określonego kierunku, pochłania je i w miejsce nich wysyła fotony p tym samym wektorze prędkości.


> Jeśli więc wnętrze obłożone jest idealnie bezstratnie odbijającymi lustrami (ni
> e ma takich w rzeczywistości) i w środku zapalisz a następnie zgasisz lampkę, i
> nie będziesz próbował ustalić, co się tam dzieje, to światło będzie bez końca
> odbijało się o te ściany. Ale jeśli wsuniesz tam jakieś oko, kamerę, czy inny
> miernik, to ono dość szybko osłabnie.


Zgadzam się, z wyjątkiem określenia "dość szybko". Moim zdaniem, powinno być:
"Ale jeśli wsuniesz tam jakieś oko, kamerę, czy inny miernik, to ono osłabnie."


> Jest różnica między kształtami. Jeśli we wnętrzu sześcianu skierujesz promień
> lasera na którąś ze ścian, to on będzie się odbijał stale po tym samym sześciok
> ątnym torze, a w reszcie wnętrza nie będzie żadnego światła.


Nie zgadzam się. W zależności od kąta padania na ścianę, światło będzie odbijać się:
a) pomiędzy dwoma przeciwległymi ściankami
lub:
b) pomiędzy czterema ścianami
lub:
c) pomiędzy 6 ścianami.

Kornel

[pomruk]

kornel-1 napisał:

> stefan4 napisał:

>
> Niekoniecznie. Owszem, tak działa oko ludzkie i wiele innych mierników. Mój mie
> rnik zlicza fotony nadlatujące z określonego kierunku, pochłania je i w miejsce
> nich wysyła fotony p tym samym wektorze prędkości.

Tym samym twój miernik staje się dodatkowym źródłem światła. Owszem, przeciwdziała on "zapadaniu ciemności" ale kosztem zawartej w nim energii.




>
> > Jest różnica między kształtami. Jeśli we wnętrzu sześcianu skierujesz
> promień
> > lasera na którąś ze ścian, to on będzie się odbijał stale po tym samym sz
> eściok
> > ątnym torze, a w reszcie wnętrza nie będzie żadnego światła.
>
>
> Nie zgadzam się. W zależności od kąta padania na ścianę, światło będzie odbijać
> się:
> a) pomiędzy dwoma przeciwległymi ściankami
> lub:
> b) pomiędzy czterema ścianami
> lub:
> c) pomiędzy 6 ścianami.
>
W praktyce będzie się zawsze odbijać miedzy 6 ścianami, inne przypadki to idealizacja. Natomiast nieprawdą jest chyba twierdzenie Stefana "będzie się odbijał po sześciokątnym torze". Tory mogą być i najczęściej będą skomplikowane. Np. wyobraźmy sobie foton, który porusza się w płaszczyźnie równoległej do podstawy sześcianu (tu właśnie - idealizacja). Może wtedy zakreślać np. prostokąt, odbijając się od ścian pod kątem 45 st. Następnie nadajmy mu pewną, małą prędkość skierowaną np. ku górze... będzie poruszał się po trajektorii łamanej , wznoszącej się aż do momentu spotkania z górną ścianką...

[kornel-1]

pomruk napisał:
> Tym samym twój miernik staje się dodatkowym źródłem światła. Owszem, przeciwdzi
> ała on "zapadaniu ciemności" ale kosztem zawartej w nim energii.

No i?
> W praktyce będzie się zawsze odbijać miedzy 6 ścianami, inne przypadki to ideal
> izacja.

W praktyce laser rubinowy działa.

Kornel

[pomruk]

kornel-1 napisał:

> pomruk napisał:
> > Tym samym twój miernik staje się dodatkowym źródłem światła. Owszem, p
> rzeciwdzi
> > ała on "zapadaniu ciemności" ale kosztem zawartej w nim energii.
>
> No i?

No, różnica jest zasadnicza. Raclan rozważa wiecznie odbijające się światło. Swoiste świetlne perpetuum mobile które może wg niego wykonywać pewną użyteczną pracę (uruchamiać detektor). Ty pokazujesz, że machina perpetuum mobile może działać, jeśli dostarczymy jej energii z dodatkowego źródła. No może, ale wtedy już nie jest tym o co chodzi :)



> > W praktyce będzie się zawsze odbijać miedzy 6 ścianami, inne przypadki
> to ideal
> > izacja.
>
> W praktyce laser rubinowy działa.

No tak, miałem na myśli dostatecznie wielką liczbę odbić :)

[kornel-1]

pomruk napisał:
> No, różnica jest zasadnicza. Raclan rozważa wiecznie odbijające się światło. Sw
> oiste świetlne perpetuum mobile które może wg niego wykonywać pewną użyteczną p
> racę (uruchamiać detektor). Ty pokazujesz, że machina perpetuum mobile może dz
> iałać, jeśli dostarczymy jej energii z dodatkowego źródła. No może, ale wtedy j
> uż nie jest tym o co chodzi :)


Ja nie buduję perpetuum mobile. Wątek poniekąd dotyczy wpływu obserwacji (obserwatora, detektora) na układ. Wpływu, którego Raclan zdaje się był nie dostrzegać i w istnienie którego nadal powątpiewa. Problem obserwatora na układ jest przedyskutowany na dziesiątą stronę w nauce i wymaga jedynie przypomnienia tym, którzy o nim zapomnieli.

Tym niemniej, warto pokusić się o szersze spojrzenie i rozważyć istnienie detektora nie zmieniającego układu.

Co zrobiłem.

> > W praktyce laser rubinowy działa.
>
> No tak, miałem na myśli dostatecznie wielką liczbę odbić :)

Ta część wątku dotyczy rozważań geometrycznych. Nie za bardzo rozumiem, dlaczego w modelowym układzie ze ściankami sześcianu bezstratnie odbijającymi fotony nie moglibyśmy strzelać fotonami w kierunku prostopadłym do powierzchni lub pod zadanym,kątem, np. 45 stopni.
Uzupełniłem wypowiedź Stefana przedstawiając szczególne przypadki lotu fotonów w sześcianie (czy jest potrzeba komplikowania rozważań przez stwierdzenie, że praktycznie nie da się zrobić sześcianu o ścianach płasko-równoległych?) - mogą wędrować także między dwoma lub czterema ścianami.

Kornel

[pomruk]

Ok, może się odbijać np. miedzy dwoma ścianami, niech Ci będzie. Po prostu wyobrażając sobie ogromną liczbę odbić natychmiast staje mi w głowie niezwykle małe prawdopodobieństwo toru np. równoległego do podstawy z jakąś tam dokładnością :)

[stefan4]

pomruk:
> Natomiast nieprawdą jest chyba twierdzenie Stefana "będzie się odbijał
> po sześciokątnym torze". Tory mogą być i najczęściej będą skomplikowane.

Masz rację. Jakoś zaklinowałem się mentalnie na strzałach mniej więcej ze środka sześcianu mniej więcej w bliskie sąsiedztwo naroża.

- Stefan

[pomruk]

W sześcianie czy kuli pokrytej idealnym zwierciadłem i zawierąjącym "wpuszczone" światło jest jasno tylko w takim sensie, ze jeśli po pewnym czasie t' wstawisz tam nagle jakiś jakiś przedmiot i obserwatora, obserwator zauważy ów przedmiot - ale przez b. krótki czas t'' (i przedmiot i obserwator pochłaniają światło!). Jednak można to traktować tylko jako eksperyment myślowy - idealnych zwierciadeł nie ma (czas t' byłby niezwykle krótki).

[pomruk]

o, Stefan4 już to wyjaśnił lepiej, gdy ja się biedziłem z odpowiedzią :) Ale obie są podobne, choć moja skromniejsza i mniej dokładna :)

[raclan]

``Jest różnica między kształtami. Jeśli we wnętrzu sześcianu skierujesz promień lasera na którąś ze ścian, to on będzie się odbijał stale po tym samym sześciokątnym torze, a w reszcie wnętrza nie będzie żadnego światła. A jeśli to samo zrobisz we wnętrzu sfery, to światło rozproszy się na całe wnętrze. ``

Cos nie jestem przekonany czy faktycznie by tak było (z tym sześcianem) a jesli tak jest faktycznie, to umieszczenie kamery w obszarze poza droga światła nie wpłynie na jego osłabienie.
Są tez powierzchnie typu lustro weneckie które zminimalizują pochłonięcie fotonów.

To co pisał Pomruk że czas byłby taki krótki... dlaczego taki krótki? ile procent straty jest na 1 odbiciu?

[stefan4]

raclan:
> Cos nie jestem przekonany czy faktycznie by tak było (z tym sześcianem)

Kumasz, jak działa szkiełko odblaskowe, np. w rowerze? Popatrz na nie z bliska, tam jest wiele zalanych plastikiem naroży sześcianów z lusterek. Dlaczego naroży sześcianów, a nie zwykłych płaskich lusterek?

[pomruk]

raclan napisał:





> To co pisał Pomruk że czas byłby taki krótki... dlaczego taki krótki? ile proce
> nt straty jest na 1 odbiciu?
>
Jeśli chodzi o zwierciadła rzeczywiste, to np. masz stratę około 8% przy odbiciu od powierzchni będącej napylonym na coś aluminium. Zaskakująco sporo, prawda? Nakładając specjalne powłoki dielektryczne o określonej grubości minimalizujemy straty do np. 1%. Jeśli miedzy odbiciami masz drogę 10 m, światło odbije się 30 000 000 razy w ciągu sekundy, jak juz zaznaczył Stefan. Powoduje to b. szybki spadek natężenia: np. dla zwierciadła o stratach 1% po upływie 1/20 000 sekundy światło osłabnie ponad 3,5 mln razy.

[kornel-1]

pomruk napisał:

> Jeśli chodzi o zwierciadła rzeczywiste, to np. masz stratę około 8% przy odbici
> u od powierzchni będącej napylonym na coś aluminium.

Ale już przy lustrach dielektrycznych ich sprawność jest pięciodziewiątkow (99.999%).

>Zaskakująco sporo, prawda?

Prawda ;-)

Powoduje to b. szybki spadek natężenia: np. dla zwierciadła o stratach 1% po upływie 1/20 000 sekundy światło osłabnie ponad 3,5 mln razy.

Antropocentryzm. Dla człowieka mgnienie oka, dla mezonów wieki ;-)

Kornel

[pomruk]

Tak, lustra dielektryczne miewają straty na poziomie nawet 0,001%. Jest tu jednak pewien problem: zwierciadła o takiej sprawności osiągają ją tylko dla określonych kątów padania promienia (i - nawiasem mówiąc - tylko określonej długości fali). Dla naszego przypadku może adekwatny byłby poziom strat 0,01%. Nadal da to czas drobnych ułamków sekundy.
Z pewnością raclan mówiąc "powinno rozjaśniać takie wnętrze długi czas bo zgaszeniu światła" nie miał na myśli skali czasowej życia mezonów.

[al.1]

raclan napisał:

> co się dzieje ze światłem wpuszczonym do środka kuli której ściany są pokryte lustrami?
> bedzie tam wiecznie się odbijać? co gdyby wejsc do takiej kuli o srednicy 10m i puścic
> promień lasera, czy cała przestrzeń wypełni sie natychmiast wiązkami lasera? to byłoby
> troche nie logiczne bo wyglądałoby ze energia małego lasera daje po chwili energie
> miliardów laserów.

Moim zdaniem nie ma znaczenia czy kula bedzie pokryta lustrami, czy bedzie czarna. Swiatlo bedzie w niej tak dlugo, jak dlugo bedzie go dostarczac jego zródlo.

[kornel-1]

al.1 napisał:

> Moim zdaniem nie ma znaczenia czy kula bedzie pokryta lustrami, czy bedzie czar
> na. Swiatlo bedzie w niej tak dlugo, jak dlugo bedzie go dostarczac jego zródlo

Kwestia skali. Jak się gwiazdy wypalą, to od razu będzie ciemno? ;-)

Kornel

[al.1]

Nie, dlatego ze swiatlo nie napotyka na przeszkode uniemozliwiajaca mu podróz.

[al.1]

zle sie wyrazilem. Swiatlo w przestrzeni nie napotyka na takie przeszkody, które zmienilyby mu czestotliwosc, a tym samym z fali elektromagnetycznej widzialnej na niewidzialna.

[alsor]

> co gdyby wejsc do takiej kuli o srednicy 10m i puścic promień lasera,
> czy cała przestrzeń wypełni sie natychmiast wiązkami lasera?

Masz chyba problemy z zasadami zachowania.
Nawet przy zerowych stratach na odbiciu, będzie tam latał tylko jeden laser,
o długości takiej, jaką tam wpuszczono.