Свет от Солнца такой же, как свет от лампочки?

Она права, что есть разница, и вы правы, что это всего лишь электромагнитные волны!

Ключом к этому является то, что не существует такого понятия, как «белый свет», когда вы действительно этим занимаетесь. Каждый свет излучает диапазон длин волн света. Если они имеют достаточно равномерное распределение длин волн, мы склонны называть этот свет «белым», но мы можем использовать этот термин только неформально.

И солнце, и лампочка излучают так называемое «излучение черного тела». Это особый спектр света, связанный со случайным тепловым излучением горячего объекта. Холодные объекты, как правило, излучают больше своей энергии в более длинных волнах, таких как красный и инфракрасный диапазоны, в то время как более горячие объекты излучают больше энергии в более коротких волнах, таких как синий и ультрафиолетовый.

(Обратите внимание, что существуют и другие возможные спектры излучения, но они связаны с другими материалами, производящими излучение, и для целей данного обсуждения они не слишком важны. Мы можем просто заявить, что все излучения абсолютно черного тела.)

Если вы заметите, что по мере нагревания большая часть энергии излучается в синем, фиолетовом и ультрафиолетовом диапазонах. Вот как вы получаете солнечный ожог от солнца. Труднее получить солнечный ожог от искусственного освещения не потому, что оно искусственное, а потому, что этот свет почти всегда холоднее, чем солнце. У них не так много УФ-излучения. Вместо этого в них больше красного и желтого, поэтому снимки, сделанные в помещении, выглядят очень желтыми. Однако, если вы используете стробоскоп, все эти желтые оттенки исчезают, потому что свет стробоскопа очень теплый, с большим количеством синего.

Конечно, вы можете получить солнечный ожог от искусственного света. Очевидным примером являются солярии, но есть и другие интересные. Например, если вы ювелир, работающий с платиной, вам нужно носить средства защиты от ультрафиолета (например, очки или даже солнцезащитный крем). Температура плавления платины настолько высока, что она испускает довольно много ультрафиолетового света и может вызвать солнечный ожог!

Кроме этих спектров, между светом от искусственного источника и светом от солнца нет ничего другого. Фотоны есть фотоны.

То, что мы воспринимаем как свет, — это фотоны, попадающие на нашу сетчатку. Сначала мы должны понять распределение фотонов и посмотреть, одинаковы ли они.

Вы правы, говоря, что спектр света от солнца отличается от спектра света от лампочки. Солнечный спектр по сравнению с лампой накаливания (те, что с нитью накала) выглядит так:

Мы видим, что и солнце, и лампочка в значительной степени испускают фотоны во всем УФ/видимом/инфракрасном спектре. Но делайте это с разной интенсивностью. Это означает, что в ваш глаз попадает разное количество фотонов разных цветов. Таким образом, общий свет или спектр фотонов не одинаковы. Но как насчет самих фотонов?

Так одинаковы ли эти фотоны — короткий ответ — нет.

Длинный ответ заключается в том, что у фотонов есть и другие характеристики, которые вы можете обнаружить, например, поляризация (направление, в котором колеблются электрическое и магнитное поля). Кроме того, у фотона есть «длина» волнового пакета, но ее нельзя измерить напрямую.

В приведенном вами примере фотоны от солнца и лампочки будут иметь широкий диапазон поляризации и «длины».

Но давайте подумаем, можем ли мы сделать их все фотоны одинаковыми, т.е. можем ли мы сделать их неразличимыми? Поскольку фотоны — это бозоны, их можно привести в одно и то же состояние, и если вы это сделаете, то получите лазер. Фотоны здесь имеют одинаковую длину волны и поляризацию, но имеют небольшой разброс энергий. Мы можем развить эту идею и рассмотреть бозе-эйнштейновский конденсат фотонов, только тогда все фотоны будут делать одно и то же.

Итак, подытоживая, когда у вас много фотонов, вы можете делать предположения, откуда берется свет из-за спектра, но если бы вам дали один фотон, который мог бы быть произведен Солнцем или пузырем, было бы невозможно определить, откуда исходит свет. сказать, если он пришел от нити или солнца.

Редактировать: исправление для лампы накаливания

Вот уже несколько хороших ответов, но одна вещь не была решена, и это может быть то, на что ссылается ваш друг. Солнце и лампа накаливания излучают (близкие к) планковские спектры (как показано в ответах Томи и Корта Аммона). Напротив, люминесцентные лампы или трубки излучают спектры, которые имеют несколько спектральных линий. В зависимости от того, какой газ используется в трубке или каким материалом покрыта трубка, можно получить различные спектры.

Цвет, воспринимаемый человеком, зависит от соотношения между интенсивностью на трех интервалах длин волн в синем, зеленом и красном диапазонах соответственно. Это потому, что у нас есть только три различных цветочувствительных фоторецепторных клетки, называемых «колбочками» (напротив, у собак есть только два типа колбочек и, следовательно, отсутствует одно «цветовое измерение», в то время как у бабочек их пять, а у креветок-богомолов — 16! ) .

Это означает, что разные спектры могут восприниматься человеком как один и тот же цвет. Пример типичной люминесцентной лампы показан ниже. В верхней части спектра я нарисовал три спектральных диапазона, к которым чувствительны люди. Видно, что в спектре лампы есть более крупные пики в синем, зеленом и красном диапазонах, и люди интерпретируют это примерно как «белый». Но тот же самый цвет может быть получен — «искусственно», как сказал бы ваш друг — с некоторыми другими линиями, например, с заменой линии с цифрой «5» двумя меньшими линиями с каждой стороны и с немного другим соотношением пиков. Или с планковским спектром примерно 6000 К.

^{Спектр типичной люминесцентной лампы ( черный ) и кривые чувствительности трех разных человеческих колбочек ( синий , зеленый и красный ). Источник: Википедия + мой собственный рисунок.}

Солнце излучает около 8% своей энергии в УФ-излучении (которое наносит ущерб), около 44% — в видимом, а остальное — в ИК-излучении. Стандартная лампа накаливания практически не излучает УФ, 10% видимого света, а остальное — ИК. Галогенные лампы могут работать при более высоких температурах с разумным сроком службы и излучают некоторое количество УФ-излучения, при этом видимое излучение составляет примерно 15%.

Разница выражается в температуре излучающей поверхности. Солнце имеет температуру около 5500 градусов К, в то время как обычная лампа накаливания будет работать при температуре около 2700 К, а галогенная — около 3000 К.

С одной стороны, в принципе, «просто» изготовить лампу со светом, практически эквивалентным солнечному свету, — просто запустите ее при температуре 5500 К. Проблема в том, что ни одно известное вещество не выдержит такого тепла, не расплавившись.

С другой стороны, существует большое количество звезд М-класса с температурой поверхности около 3000 К (не наших, конечно — у нас G-класс). Туристам на планету на орбите класса М не понадобится солнцезащитный крем, по той же причине, по которой вам не нужен солнцезащитный крем при свете ламп накаливания.

Итак, нет, освещение лампами накаливания не является неестественным или искусственным в том смысле, в каком думает ваш друг. Этого нельзя сказать о большинстве белых светодиодных ламп, которые имеют всплеск в синей части спектра, а в природе этого не происходит.

Либо свет от лампочки, либо свет от Солнца будут освещать мой путь достаточно хорошо, чтобы я мог не наступить на кошку. В этом смысле они одинаковы.

Свет от Солнца имеет цветную вспышку именно там, где согласно ранней атомной физике должен был излучать элемент с двумя протонами в ядре. Этот элемент, называемый гелием (от гелиоса, греческого слова «Солнце»), действительно существует. открытие гелия

В свете обычной лампочки ничего из этого (и доказательств этого) нет. Так что в этом смысле свет от Солнца и от лампочки НЕ одно и то же.

Ваш друг кажется интересным человеком, с которым можно поспорить, но я подозреваю, что прекрасные графики из других ответов на самом деле вам не помогут. Один комментарий был об УФ-лампах для загара. Это способ пойти с вашей подругой, привести другие примеры в обсуждение, чтобы вы могли осветить (!) именно то, откуда берутся ее искусственные/естественные идеи. Я имею в виду свет от свечи, свет от огня/пламени, молнию, электрические искры, лунный свет, отражения от зеркал, звезды в ночном небе и т. д. Тогда вы сможете узнать, где ее (нечеткие или фиксированные) границы и настроить обсуждение соответственно.

Если вы посмотрите на это фотон за фотоном, вы не сможете отличить солнечный свет от лазерного света или света свечи. Аналогия: если вы посмотрите только на одну молекулу льда, вы никогда не сможете быть уверены, что это не пар. некоторые молекулы в паре движутся очень медленно, а некоторые молекулы во льду могут двигаться, по крайней мере в течение короткого времени, очень быстро.

Только статистическое распределение скоростей молекул определяет разницу между льдом и паром. (И любой из них может сжечь вас.)

Точно так же существует огромная и очень практическая разница между статистическим распределением фотонов солнечного света и фотонов света свечи.