Почему каждый отдельный фотон имеет такое малое количество энергии? Фотоны бьют меня весь день, и я нахожу удивительным, что не испаряюсь.
Я просто слишком велик физически, чтобы фотоны могли сильно мне навредить, или, возможно, магнитное поле Земли отфильтровывает достаточно вредных причин, таких как гамма-лучи?
Отдельные фотоны очень малы и не обладают большой энергией.
Если вы соберете их много вместе в одном месте, вы можете навредить кому-нибудь — просто подав достаточно энергии, чтобы расплавить объект (спросите любого шпиона на столе под лазерным лучом).
Есть еще одна очень странная особенность фотонов . Хотя многие из них могут дать много энергии и нагреть объект, для разрыва химической связи требуется отдельный фотон с достаточной энергией. Таким образом, в то время как один высокоэнергетический ультрафиолетовый фотон может разрушить молекулу в вашей коже и нанести ущерб, миллиард видимых фотонов с более низкой энергией, попадая в одну и ту же точку, не может разрушить эту единую связь. Несмотря на то, что вместе они несут гораздо больше энергии, в химии важна энергия, передаваемая одним фотоном.
К счастью, атмосфера Земли защищает нас от фотонов с достаточной энергией, чтобы разорвать большинство химических связей.
У меня есть несколько нефизический ответ для вас. Если вы позволите мне немного расширить ваш вопрос до «почему свет не убивает или иным образом не делает невозможной всю жизнь на Земле», ответ заключается в том, что Земля находится в том, что мы называем « пригодной для жизни зоной ».
Если бы Солнце производило так много света или света с такими высокими энергиями, что это убило бы вас, оно также нагревало бы планету так сильно, что жидкая вода была бы невозможна. В этом случае, вероятно, разумно утверждать, используя « антропный принцип », что мы живем на планете в обитаемой зоне, потому что иначе мы не существовали бы, чтобы задавать такие вопросы. Обратите внимание, конечно, что мы определили обитаемую зону на основе наших собственных жизненных параметров, поэтому здесь есть что-то вроде кругового определения.
Этот вопрос более интересен, чем я думал сначала. Мне это нравится. Есть несколько разных частей ответа на этот вопрос; Я просто приведу пару, у которых есть кое-что общее: наши тела (и все остальное, это не имеет ничего общего с телами) также излучают фотоны примерно с той же скоростью, с какой они их поглощают.
В макроскопическом/тепловом масштабе у нас есть излучение абсолютно черного тела . Через излучение черного тела вся материя излучает непрерывный спектр излучения. Распределение этого спектра зависит прежде всего от температуры объекта. Вот почему предметы, помещенные в огонь, кажутся светящимися красным, будь то дерево, металл или камни. Наши тела также излучают таким образом излучение, но при нашей температуре этот спектр находится в инфракрасном диапазоне, поэтому он невидим (для людей — змеи могут видеть тепло тела ).). Поскольку все таким образом поглощает и излучает фотоны, существует равновесие, при котором мы получаем столько тепловой энергии, сколько теряем, хотя это только в среде, где все находится в равновесии. Горячие вещи, такие как солнце и лампы накаливания, могут спровоцировать это, вот почему так жарко выходить на улицу... или находиться под обогревателем. В любом случае, не беспокойтесь о том, что загрузите слишком много фотонов, они покидают вас так же быстро.
В микроскопическом масштабе мы имеем трудно поддающееся написанию явление флуоресценции . Когда фотон с высокой энергией поглощается атомом, часть его энергии может быть переизлучена в виде фотона с более низкой энергией. Конечно, это происходит не каждый раз, и я не знаю, часто ли это происходит в нашем организме. Это зависит от свойств материала. Именно здесь мы получаем флуоресцентные лампы, пигменты и стиральные порошки — производители моющих средств фактически включают флуоресцентные пигменты в свои продукты, чтобы одежда излучала больше видимого света, чем физически должна, поглощая УФ-свет и переизлучая его в видимом диапазоне. В любом случае, хотя я и не уверен, что именно этот принцип спасает вас от атомизации, стоит помнить, что не каждый фотон, попавший в вас, остается там.
Итак, в заключение, хотя энергия, которую свет приносит нашим телам (и Земле), существенна (представьте, что не было бы солнца — радиация важна!), мы не собираемся заправляться фотонами до взрыва. Мы в равновесии.
Обычный фотон не слишком опасен. Большинство фотонов, с которыми мы сталкиваемся, способны нагревать наши тела и не более того. Тепло, которое мы ежедневно поглощаем от фотонов, не так уж много, так что это редко является проблемой.
Теперь интересная вещь о фотонах заключается в том, что два фотона с более низкой энергией не создают один фотон с более высокой энергией (частотой). Таким образом, миллион видимых фотонов все же не будет иметь такого же эффекта, как один ультрафиолетовый фотон. Например, если определенная химическая связь требует разрыва УФ-фотона, обстрел ее большим количеством видимых фотонов не сработает.
Ультрафиолетовые фотоны способны мутировать ДНК и другие важные молекулы. Слишком много его, и вполне вероятно, что вы получите рак кожи. Наши тела настроены на то, чтобы справляться с небольшим количеством УФ-излучения (которое мы испытываем ежедневно), поэтому обычно это не проблема. Если вы планируете находиться на солнце, солнцезащитный крем поможет защитить вас вдвойне.
Гамма-фотоны проходят прямо через кожу и воздействуют на другие молекулы внутри нашего тела. Опять же, наши тела могут справиться с небольшим количеством гамма-излучения, но если это мощный луч, то (помимо перегрева) многие важные химические вещества в нашем организме будут разбиты на (возможно, токсичные) фрагменты.
Магнитное поле не настолько эффективно для защиты от фотонов 1 , но атмосфера Земли не пропускает большую часть ультрафиолетового и гамма-излучения. Астронавтам в космосе нужны специальные фильтры в скафандрах (и в шаттлах), чтобы не обжечься космическими лучами.
1 Заряженным компонентам космических лучей, таким как высокоскоростные мюоны и различные адронные вещества , препятствуют проникновению как магнитное поле, так и атмосфера (совместное воздействие вызывает полярные сияния). Они (и продукты их распада) способны причинить немало вреда, если беспрепятственно всплывут на поверхность.
Один видимый фотон обладает смехотворным количеством энергии, чтобы навредить нам: около Джоули. Это примерно в 50 000 000 000 000 000 раз меньше, чем энергия капли дождя, падающей вам на голову (0,01 Дж). Но за одну секунду солнечный луч размером с каплю дождя посылает фотонов, что делает его таким же мощным, как капля дождя.
Луч солнечного света или капли дождя имеют в основном одинаковую силу. Оба они состоят из «частиц» (фотонов или молекул воды), которые взаимодействуют с молекулами нашего тела одна за другой. Один фотон может взаимодействовать примерно с одной молекулой, но этого недостаточно, чтобы причинить вред. При многократных ударах по молекулам тела они могут начать двигаться и нагреваться. Это то, что может вызвать солнечный ожог. Это всего лишь вопрос количества. Добавьте в 100 или 1000 раз больше фотонов в секунду, исходящих от солнца, и вы можете начать гореть...
квантропия
Дэйв Коффман