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无影灯虽然使得本影基本“消失”,但由于它的每根灯管都不是点光源,因此依然会有半影的存在,只不过半影的颜色非常淡,几乎可以忽略不计。
影子是二维的吗?
在我们的认知中,维度有这样几种:一个点的存在即为一维,有长宽的平面是二维,存在长宽高的物体则是三维。
如果从这个意义上来看,影子没有厚度,只是一个平面,似乎符合二维的定义,所以才会有“影子是二维物体”的说法。
然而,就如前文所说,影子从定义上来说并不是一种物体,而是一种光学现象,自然也就没有维度可言。
退一步说,假设影子是二维物体,但在任何维度的空间中,物体都是不能重叠穿透的,就像你不可能从对面的人的身体中穿过去一样。
然而,当两个人站在一起的时候,影子是可以相互遮盖、彼此重叠的,而且,重叠的部分颜色更深,这显然不符合物体不能重叠穿透的规律。
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因此,影子不是物体,更谈不上是二维的物体。通常认为,在三维空间中不可能出现其他维度的物体,事实上,现实生活中也确实从未发现二维物体。
影子有“重量”吗?
既然影子不是物体,那么自然也不可能有重量了吧?
然而,实验表明,当一个物体产生的影子投射在另一个物体上时,会使被投射的物体重量减轻。这又是什么原因呢?
既然影子是由光产生的,要想解开影子的谜题,就离不开对光的认识。在回答这个问题之前,我们需要先来解释一个概念——“光压”。
根据量子理论,光具有“波粒二象性”,它既是电磁波,又是粒子,即光子。虽然光子没有静态质量,但它是高速运动的,当光投射到一个物体上时,就像风吹动帆一样,会对物体施加一个力,这个力就是光压,也称为辐射压力。
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早在17世纪初,在解释彗星尾巴的形成时,天文学家开普勒就提出了光压的概念。
当彗星靠近太阳时,彗星燃烧产生的尘埃和气体分子产生尾巴,在太阳风(带电粒子流)和太阳辐射的光压强的共同作用下,尾巴总是指向太阳的相反方向。
太阳与彗星示意图,图片来源百度
了解了“光压”的存在,影子的“重量”也就能理解了。
当影子投射到某个物体上时,这个影子区域没有了光子的推力,也就是说,被投射的物体表面失去了光子推力,物体所表现出来的重量自然就会减少。
不过,这个减少的重量是微乎其微的,需要运用非常精密的仪器才能检测出来。日常生活中,我们难以察觉这样的细微变化。
其实在宇宙空间中,我们的地球无时无刻不受到太阳光压的影响。太阳光不断辐射,传送到地球表面会产生一个推力,导致地球不断远离太阳,不过这个移动距离非常小。
十九世纪中叶,物理学家麦克斯韦通过计算得出了太阳照射在地面黑体上产生的光压,其数值远远小于单位面积上一只蚂蚁对地球的压力。
看到这里,你是否对每天跟在我们身后的影子有了全新的认识?如果按照重量是静止状态下给予承载物压力的大小来考虑的话,影子其实应该是“负重量”。
虽然探讨影子本身的意义并不算大,但也别因此小瞧了我们的影子,许多科学家正是在研究影子如何形成的过程中发现了诸多物理奥秘。
小编明白了,下次称体重就到树荫底下称!
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