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如果在两面镜子之间射出一束光，光会不断往返反射一直不消失吗？
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发布时间：2016-12-08加入收藏来源：互联网点击：
如果在两面镜子之间射出一束光，光会不断往返反射一直不消失吗？
回答于 2019-09-11 08:43:50
回答于 2019-09-11 08:43:50
谢邀。
如果在两面镜子之间发射出一束光，那么，光不可能会一直在两面镜子之间来回反射而不消失。因为光在反射过程中一定会伴随着能量消耗，经过有限次数的反射之后，光的能量将会耗散掉。
为了让光在两面镜子之间无限反射，必须要有反射率达到100%的镜子。光子穿过玻璃（主要是二氧化硅），到达镀银那层时，银原子会吸收光的能量而被激发，处于不稳定状态的银原子又会释放出光子，从而形成反射光。不过，在这样的过程中，或多或少会伴随一定的能量损失，不可能所有的光都会被反射出来。
另一方面，为了增加反射次数，还需要尽量增加两面镜子之间的空间真空度。因为光在空气中传播时，它们的部分能量会被气体分子吸收，所以这个过程也会伴随能量损耗。
既然没有反射率达到100%的镜子，也没有绝对的真空，所以光在反射过程中必然会有能量损失，光不可能会在两面镜子之间无限反射。
我们假设镜子的反射率可达99.999%，那么，经过69314次的反射之后，光将会失去一半的能量。假设两面镜子之间的距离为20厘米，由于光的传播速度约为每秒30万公里，所以光在每一秒的时间里可以反射15亿次。这意味着只要46微秒的时间，光就会损失一半的能量。在460微秒后，光的能量将会变为原来的千分之一。而在4.6毫秒之后，光的能量将会衰减到原来的100万亿亿亿分之一。也就是说，几乎在转瞬之间，光的能量就会大幅度的衰减。
另外，从量子力学的角度来看，不确定性原理禁止光在反射之后能够100%处于完全正确的位置，并沿着完全正确的方向运动，然后击中镜子上完全相同的位置，所以光不可能完全被反射出去。
回答于 2019-09-11 08:43:50
答：镜面反射的反射率达不到100%，光的能量与反射次数呈指数衰减，由于光速非常快，所以一束光在瞬间就会衰减为零，不可能一直存在下去。
在小时候，如果我们有一块镜子，会玩得不亦乐乎，因为利用镜子可以把太阳光反射到其他地方；我们假设有两块大的镜子，那么一束光在镜子之间能无限反射吗？
实际上一束光在经过数十次反射后就会弱到肉眼看不见，这是因为光在空气中传播会存在损耗，在镜面反射时也会存在损耗，镜面反射率达不到100%。
我们假设把镜子放在真空中，没有了空气传播损耗，并假设我们使用的镜子反射率高达99.99%，而且光没有发生散射，那么在反射大约7000次后光的能量降低一半，反射大约4.6万次后，降低为原来的1%，在反射20万次后，理论上降低到原来的20亿分之一。
而光速高达每秒30万公里，假设两面镜子相距3米，那么这束光每秒钟能反射1亿次，现实当中反射率最高的镜面也就98%左右，几乎在毫秒之间这束光就将损耗殆尽。
物理学中还有一种特殊的反射——全反射，全反射的反射率几乎就是100%。
我们使用的光纤通信就是利用了全反射原理，但是光在光纤中传播也存在明显的衰减，衰减原因主要有三点：
1、材料吸收，石英光纤的成分是二氧化硅，二氧化硅本身对光就有吸收作用，尤其是其中的杂质吸收作用更明显。
2、散射，光在介质中传播，多多少少会存在散射，散射光的传播方向是随机的，这也会导致光的损耗。
3、弯曲，光纤通信是基于全反射原理，如果弯曲过度，会导致部分光线不满足全反射条件，从而发生投射在包层中损失掉。
无论我们使用镜面反射还是全反射，都无法避免光的传播损耗，所以利用两面镜子不可能无限反射同一束光线；而且在量子力学中，光并不是连续的，而是以光子的形式传播，遵循不确定性原理，我们并不能保证每个光子都能沿着原路反射回去。
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回答于 2019-09-11 08:43:50
理论上都不行，实际更不可能。要保证这束光不断往返反射，一直不消失，需要满足至少三个要点：
①这一束光里的每一个光子都不能被散射
什么意思？换句话说，这束光的每一个光子的往返都必须保持在一条直线上，必须垂直入射和反射，这宏观上看起来好像不难。
镜子表面在微观处并不光滑。
但实际上，因为镜子的表面微观结构并不平整，也就是镜子的表面不是绝对的光滑，也不可能做到绝对光滑。这就像即便构成镜子表面的一排原子都平铺，但因为原子并不是方形的，是方形的也不是实心的，所以也有间隙，所以每一个光子都可能会散射，会偏离原来的直线。
②这一束光里的每一个光子都不能被吸收
我们总觉得照射到镜子上的光，全部会被反射，实际上并不可能。
在微观处，总有光子被组成镜子的原子吸收，这其实就是爱因斯坦的光电效应，吸收的光子会导致电子跃迁，足够多的电子跃迁跳出原子就能形成光电流。尽管镜子表面的原子吸收的光子比较少，也不可能达到形成光电流的要求，但确实有光子会被吸收了。
③两面镜子之间绝对真空，不能存在其他原子。
这个要求更不可能满足，首先绝对真空不可能，量子理论甚至预言在普朗克尺度的微观结构会有量子涨落，也就是时空本身会从空无一物的虚空冒出两个正负粒子；其次，镜面因为第②条提到的电子跃迁，也会有电子跑到两面镜子之间。
总之，无论是量子涨落出来的粒子，还是量子跃迁出来的，有光子和这些粒子相撞了，光子数就减少了。
总结一下，以上三个条件这束光不能满足——无论是光子被散射出两面镜子的空间，还是被吸收，还是和半路冒出来的其他粒子相撞，光子的数量都会减少。所以，只要时间足够长，两面镜子之间的光总会消失。
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