用世界上最好的镜子做墙壁，把灯关掉，屋子还会一下变黑吗？能不能多亮一会儿？星星发出的光为什么能传播好几年才被我们看到，而不会立刻消失呢？手电筒的光真可以照到无穷远的地方吗？咱们家里关灯以后，屋里的光是怎么消失的呢？我们一起把问题拆解一下，看怎样更清楚地解释这些问题。我是东城观星，今天开始陆续给大家讲点有趣的科学知识。
一、用镜子做墙壁，屋子能不能多亮一会儿呢？
1.用镜子做墙壁，关灯也会变黑？
用镜子做墙壁，关掉灯，屋子会黑吗？这个问题早就有人问过，也有人做了一个实验。发现镜子做墙壁的屋子依然会在关灯的瞬间黑下来。因为镜子也是吸光的，光线会越来越弱，就像拍皮球一样，如果一直拍，就会一直弹回来，但如果不拍了，它就会越弹越低，直到停止。而且光速很快，光被吸收的也快，所以关灯后，屋子变黑的速度会非常快，快到我们感觉不到其实屋子是亮了一会儿并慢慢暗下来的。
2.为什么镜子屋也会变黑呢？
现在我们知道，地球上所有物质都是吸光的，只不过有的物质吸光率高，有的物质吸光率低而已。听说美国研发出了反光率达到99.9%的材料，如果用这样的材料制作成镜子，每次反射只吸收大概0.1%的光线，那可就相当厉害了。可惜目前市面上没有见到这么强的镜子。
如果用这种高反光率的镜子做墙壁，能不能让屋子关掉灯以后黑的慢一些呢？答案毫无疑问是能，但如果用人眼来观看的话，实际效果却并不理想。因为光速太快了，一秒钟就可以走3亿米。一个长宽高都是10米的屋子，光线在一秒钟可以反射至少三千万次。人类肉眼可以感知的最短时间是0.05秒，也就是50毫秒，这段时间内光线可以在上述屋子反射至少150万次。光能不能在被吸收150万次以后还能点亮屋子呢？
据网络资料，人眼能承受的最高亮度是一百万nit，标准的暗室亮度在0.1nit以下，两者相差一千万倍。上述镜子每反射一次就会有0.1%的光线被吸收掉，经过一万六千次反射，亮度还剩下以前的千万分之一，这时只用了0.5毫秒（1000毫秒等于1秒），肉眼是识别不出来这么短的时间的，感觉还是一瞬间就变黑了。如果换成普通的镀银镜子，同样的光，同样大小的屋子，只能反射150次左右，5微秒（100万微秒等于一秒）都不到就看不到了，相差至少一百倍。0.5毫米和5微秒的差异用仪器检测还是很明显的，所以用镜子做墙壁，关灯后确实能多亮一会儿。特别说一句，用市面上能买到的最黑的材料做墙壁的话，同样的光线只需要两次吸收，就达到完全看不到的效果了，这几乎就是关灯的同时就变黑了。
3.那到底怎样让关了灯的屋子多亮一会儿呢？、
我们可以设计一个理想化的模型。如果我们用最好的镜子造一个足够长的屋子，长度达到3亿米。这样长的屋子，地球是放不下的，如果用地球在这么长的棍子上串糖葫芦的话，能串下23个地球。在这个细长的屋子里发射一道人眼能承受的最强的激光，中间直线传播，光线每2秒走一个来回。正常来说，如果激光开两秒以上的时间，是不会一关掉就变黑的。
我们在屋子的一端钻一个小孔，就可以一直看到有亮光。不考虑小孔对光线的损失，亮光大概能持续存在三万秒，也就是八个多小时，刚好是一天上班的时间。当然，这个光还是会越来越暗的。为什么要持续打开两秒呢？主要是为了在关掉光源的时候最早发出的激光已经反射回来了，这样就可以有持续的亮光了。如果换成普通镜子的话，这个光能持续300秒，大概5分钟。只要屋子够大，真的可以做到关灯屋不黑的效果，只会慢慢变黑。
当然，上述的计算并没有考虑空气对光线的吸收作用，所以最好是真空的屋子。这里的计算是粗略的，也是理想化的，不确定因素还有很多，实际效果会有出入。同样的思路，大家可以计算一下至少要把屋子做成多大的，才能明显感觉到屋子不是瞬间变黑的呢？
二、我们可以看到几光年外的光，手电筒的光能照到无穷远吗？
再给大家说说手电筒光能跑多远的事情。通过屋里关灯的例子，我们大概了解了，之所以关灯屋子会变黑不是光线自己消失了，而是被屋子吸收了。那么不在屋子里的手电筒向着天空照射，它的光能飞到无穷远的地方吗？
其实手电筒的光，最大的障碍就是大气层，大气层如果把手电筒所有光都吸收掉的话，那光线就没有机会离开地球了。我们换一个角度来理解这个问题。我们现在能看到从太空给地球拍摄的照片，尤其是可以看到很多城市夜晚的灯光。既然城市灯光可以穿透大气层，那理论上手电筒也可以把光线照到大气层以外。虽然人眼或普通照相机不一定能看到，但光只要离开大气层就可以没有阻碍地往下跑了。
至于离开地球大气层的光能不能一直走下去，从理论上来说是可能的，但就怕路上遇见障碍物把它全部都吸收掉。如果太阳系外围或银河系里有很强的屏障，或者传播的路上遇到一个足够大的星球能挡住它，都会造成它无法继续传播了。但我们依然可以换一个角度来理解这个问题。美国的哈勃望远镜，看到了130亿光年以外的星系，也就是说130亿光年以外的光来到了地球。根据光路可逆原理，地球上发射的光，理论上也可以到达130亿光年的距离，甚至更远。
只不过一个上千亿颗恒星的星系发射的光，经过130亿光年的距离来到地球，人的眼睛还是无法看到的，必须用在大气层以外的哈勃望远镜才能看到。换句话说，这个星系发出的绝大多数光线在路上都发散或者被遮挡了。因此，我们的手电筒光，要想在130亿光年以外被看到，实在不容易。就算被看到，那也很可能只是一两个幸运的小光子，这个幸运的小光子，按人类现有的技术，虽然也能检测到，但绝对无法识别出是130亿光年以外某个手电筒发射出来的光。
当然这个幸运的小光子如果被检测到了，它的生命也就结束了。要想永远飞行下去的话，最好不被检测到，也不会碰见任何障碍物。
三、灯一关，屋就黑了，那光去了哪里？
再介绍一个话题，灯一关，屋子就黑了，说明光线被吸收了，那被吸收的光线变成了什么呢？屋里真的完全没有光了吗？
先说一个大家都能感觉到的事实。不管是不是反光的东西，放到太阳光下暴晒一段时间以后都会变热，有些金属甚至会被晒得烫手。这是一个基本的常识，其原理就是把太阳光能变成了热能。玻璃本来是透光的，但是只要玻璃足够厚，就可以把本来应该透过的光全部吸收掉。其他物体也是一样，除了反射和透射以外，总会有一部分光被吸收掉。
暴晒后物体都会变热
被吸收掉的光子，造成了物体内部分子或原子的电子跃迁，使某些电子跑到了高能轨道上，这样的电子不稳定，还会回到原来的轨道上，从而再释放出能量来。但释放能量的方式却有两种。一种方式是直接回到原来的轨道，再把刚才吸收的光子释放出去。还有一种方式是带有这种激发态电子的原子，跟其他原子发生碰撞，通过碰撞把能量传递给其他原子。其他原子因为碰撞获得了能量，运动速度加快了，然后再通过继续碰撞在整个物体内部传递，从而带来物体温度的升高。因为物体的温度是跟内部分子运动快慢相关的，分子运动越快物体温度就越高。这样光能就变成了热能，这种方式专业上也叫无辐射驰豫。
需要说一句，物体内部分子或原子可以吸收光子，并把吸收的能量变成分子动能，也就是热能。当然也可以把分子动能变成光子。理论上，所有的物体都会发光。温度越高，物体辐射的光波长越短，能量越高。只要温度够高，就可以辐射可见光、紫外光甚至极紫外光。比如把铁烧到足够热以后就会发出红光来。但是在常温下，绝大多数物体只能发射红外光。人体也会发射红外光，这些红外光可以带走人体的热量，市面上所谓的远红外服装，就是要把人体的远红外光给反射回来，或者通过吸收其他光以后再向人体辐射远红外光，让人感到温暖。
既然常温下，物体只能辐射红外光，而红外光是肉眼无法看到的，所以我们看到的屋子已经变黑了。但是如果用红外光检测器检测，或者带上夜光眼镜，也是可以看到一些红外光的。因此，熄灯后，屋子里的光并非完全消失了，而是被镜子和空气吸收了，他们吸光以后温度会升高，光能变成热能，从而维持能量守恒。同时，热能也会变成光能，它们还会辐射红外光，黑屋子里并不是完全没有光的。所以，灯一关屋子就黑了，只是可见光看不到了，而不是屋子里没有光了。
就说这么多吧。正在尝试做点趣味科普视频，本来应该做短一些，更通俗一些。但如果拆成三个又有点吊大家胃口的意思，所以还是做成长篇讲述了，大家见谅。如果大家觉得有趣，那就继续关注东城观星吧，后面会穿插制作一些趣味科学知识。
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