[fisica] domanda (probabilmente assurda) sui fotoni

[Krammer]

presupposto che il tutto nasce da elocubrazioni mentali del tutto inutili e quasi sicuramente inapplicabili alla leggi fisiche, oltre al fatto che non mi interesso di fisica da parecchi anni per cui potrei scrivere strafalcioni incredibili

tuttavia chiedo lo stesso:
prendiamo un ipotetico "corpo bianco" (mi sono inventato il nome, per intenderci l'opposto di un corpo nero ideale) che riflette totalmente la radiazione senza assorbirne alcunchè. poniamoci dentro una sorgente puntuale che immette radiazione all'interno di questo corpo bianco cavo, il quale è un sistema chiuso (trascuriamo il "dettaglio" che la sorgente non può creare energia dal nulla: immaginiamoci che abbia energia precedentemente accumulata al suo interno, oppure più semplicemente immaginiamo di mettere la sorgente sulla superficie del corpo in modo che lo irradii all'interno, sempre presupposto che la sorgente non assorba nemmeno lei l'energia irradiata, ma la rifletta solamente come il resto del corpo)

detto questo, che succede teoricamente all'interno del corpo bianco?
i fotoni che escono dalla sorgente dovrebbero venire intrappolati all'interno del corpo e perennemente riflessi sulle sue pareti. concettualmente parlando, potrebbe essere corretto affermare che il corpo bianco si "riempie" man mano sempre più di fotoni e quindi di energia? dal momento che l'energia entra, non viene assorbita dal corpo e quindi nemmeno irradiata all'esterno... e, nel caso la sorgente emetta fotoni solo di una determinata frequenza (o una banda di frequenze) questi, accumulandosi man mano nel corpo bianco e interagendo tra loro, possono aumentare la loro energia, ovvero saltare a frequenze maggiori?

secondo passo: ovviamente tutto questo non è applicabile nella realtà.
ma sarebbe possibile, magari anche non con le odierne conoscenze e tecnologie ma solo in futuro, creare un sistema che riproduca anche solo sommariamente un fenomeno del genere?
immaginando ad esempio una sfera molto grande e perfettamente riflettente al suo interno (non so di che materiale, la prima cosa che mi viene in mente è ovviamente un qualcosa di simile agli specchi). sulla superficie della sfera si fa un foro minuscolo (o più di uno) e nei fori inseriamo delle lampade altrettanto minuscole ma estremamente luminose.
con le lampade spente, naturalmente all'interno della sfera è completamente buio. accendendo le lampade, la luce viene immessa all'interno della sfera e comincia a riflettersi su tutte le pareti in modo tale che tutto il corpo bianco al suo interno diventa accecante.

domanda 1: a livello pratico (ma con un sistema ricreato minuziosamente per avvicinarsi il più possibile al modello ideale), mantenendo le luci accese sempre alla stessa intensità, all'interno della sfera la luminosità rimane costante oppure, dal momento dell'accensione, aumenta man mano (magari arrestandosi oltre un certo limite fisico: un materiale puramente riflettente non esiste, e parte dell'energia luminosa viene cmq assorbita), rispettando l'ipotesi detta sopra che i fotoni rilasciati dalla sorgente vengono per lo più imprigionati e accumulati dentro il corpo bianco?

domanda 2: e se si spengono istantaneamente le lampade, ovvero niente più sorgente luminosa, che succede? dentro la sfera (quasi) totalmente riflessiva la luce sparisce "di colpo" e del tutto, oppure degrada man mano fino a che la sfera non ridiventa buia?
secondo il senso pratico, spegnendo la luce una camera (isolata dall'esterno) diventa praticamente subito buia. ma se la stanza è una sfera estremamente riflessiva, ricoperta ad esempio all'interno da una superficie a specchio, la luce non dovrebbe forse rimanere _per un bel po'_ ? la maggior parte dei fotoni dovrebbe continuare a rimbalzare sulle pareti per un tempo quantificabile prima di essere assorbiti completamente, o sbaglio? se la risposta è si, è possibile che all'interno della sfera la luce rimanga anche per qualche secondo (o tempo pure maggiore), dopo che le lampade sono state spente?
una sfera cattura luce insomma


a voi le risposte e gli eventuali insulti

[hibone]

anche io è da tanto che non rinfresco fisica...
ma a quanto ne so hai descritto un corpo nero..
un corpo per il quale una volta che la luce vi entra non riesca più ad uscirne...

il sole, per un certo range di radiazioni luminose, si comporta da corpo nero...
lo dico solo perchè secondo me, se ti ripassi la teoria del corpo nero, magari trovi risposta a tutte le tue domande...

se fai in fretta poi, per riallacciarci all'altro thread, possiamo andare in svizzera e collaudare il THC

[lowenz]

se fai in fretta poi, per riallacciarci all'altro thread, possiamo andare in svizzera e collaudare il THC

Il THC?

http://it.wikipedia.org/wiki/Delta-9...drocannabinolo

Eh, mi sa di sì

[:dissident:]

Originariamente inviato da Krammer

domanda 1: a livello pratico (ma con un sistema ricreato minuziosamente per avvicinarsi il più possibile al modello ideale), mantenendo le luci accese sempre alla stessa intensità, all'interno della sfera la luminosità rimane costante oppure, dal momento dell'accensione, aumenta man mano (magari arrestandosi oltre un certo limite fisico: un materiale puramente riflettente non esiste, e parte dell'energia luminosa viene cmq assorbita), rispettando l'ipotesi detta sopra che i fotoni rilasciati dalla sorgente vengono per lo più imprigionati e accumulati dentro il corpo bianco?

Rimane costante, nn vedo per quale motivo dovrebbe aumentare

Originariamente inviato da Krammer

domanda 2: e se si spengono istantaneamente le lampade, ovvero niente più sorgente luminosa, che succede? dentro la sfera (quasi) totalmente riflessiva la luce sparisce "di colpo" e del tutto, oppure degrada man mano fino a che la sfera non ridiventa buia?
secondo il senso pratico, spegnendo la luce una camera (isolata dall'esterno) diventa praticamente subito buia. ma se la stanza è una sfera estremamente riflessiva, ricoperta ad esempio all'interno da una superficie a specchio, la luce non dovrebbe forse rimanere _per un bel po'_ ? la maggior parte dei fotoni dovrebbe continuare a rimbalzare sulle pareti per un tempo quantificabile prima di essere assorbiti completamente, o sbaglio? se la risposta è si, è possibile che all'interno della sfera la luce rimanga anche per qualche secondo (o tempo pure maggiore), dopo che le lampade sono state spente?

Non credo proprio

[Krammer]

Originariamente inviato da hibone

anche io è da tanto che non rinfresco fisica...
ma a quanto ne so hai descritto un corpo nero..
un corpo per il quale una volta che la luce vi entra non riesca più ad uscirne...

il sole, per un certo range di radiazioni luminose, si comporta da corpo nero...
lo dico solo perchè secondo me, se ti ripassi la teoria del corpo nero, magari trovi risposta a tutte le tue domande...

no.
è vero che anche nel corpo nero i fotoni che entrano non escono più, come per il mio ipotetico "corpo bianco". tuttavia c'è una differenza sostanziale: il corpo nero ASSORBE tutte le radiazioni (per quello lo chiamano nero: non riflette nulla, "acchiappa" tutti i fotoni che sbattono sulle sue pareti) le quali, dopo essere state assorbite, vengono a loro volta irradiate dal corpo.

io parlo dell'esatto contrario: un corpo completamente riflettente, che non assorbe nulla (in via solo teorica ovviamente, perchè un minimo di assorbimento avviene in ogni caso)

ricapitolando.

corpo nero: tutti i fotoni in ingresso vengono assorbiti dalle pareti, il corpo acquisisce energia che a sua volta viene dissipata emettendo radiazioni con un picco di frequenza dipendente dalla temperatura del corpo

corpo bianco: tutti i fotoni in ingresso vengono riflessi (respinti) dalle pareti, rimanendo sempre all'interno del corpo ma senza alcuno scambio energetico col corpo stesso.
ripeto: so che questo è impossibile, dal momento che qualsiasi forma di radiazione che entra in contatto con un corpo materiale interagisce con esso venendo in parte assorbita. tuttavia per un ipotetico corpo riflettente su tutto lo spettro l'energia assorbita da esso tende allo zero. ad esempio uno specchio: riflette (quasi) completamente tutte le radiazioni di frequenza compresa tra i 430 THz e i 750 THz (lo spettro visibile), mentre probabilmente assorbirà molte delle radiazioni non comprese in questo range (dipende dal materiale con cui è costruito lo specchio).
prendi per ipotesi uno "specchio speciale" che rifletta non solo le radiazioni dello spettro visibili ma anche tutte le altre radiazioni (al di sotto del rosso - infrarosso, microonde, onde radio - e al di sopra del viola - ultravioletti, raggi X e gamma)


nel modello sperimentale si potrebbe considerare anche solo una sorgente che emetta onde esclusivamente nel range della luce visibile, in tal caso basta uno specchio classico per riflette le onde quasi completamente (certo un minimo di assorbimento c'è sempre, ma dovrebbe tendere allo zero)

[Krammer]

Originariamente inviato da lowenz

Il THC?

http://it.wikipedia.org/wiki/Delta-9...drocannabinolo

Eh, mi sa di sì

gh!
andando IT, che mi dici?

[Krammer]

Originariamente inviato da :dissident:

Rimane costante, nn vedo per quale motivo dovrebbe aumentare

per il semplice fatto che se la sorgente emette continuamente nuovi fotoni, e questi non vengono nè assorbiti dal corpo (solo riflessi infinitamente) e nemmeno ne escono fuori, ergo in numero di fotoni dentro in corpo dovrebbe man mano aumentare e di conseguenza dovrebbe aumentare anche la luminosità all'interno

Non credo proprio

mi piace come argomenti
rileggi bene ciò che ho scritto. SE i fotoni non vengono assorbiti (grossomodo, possiamo anche considerare un assorbimento "minimo") ma solo riflessi, e questi non escono dal corpo, ebbene dove vanno a finire?
anche se la sorgente luminosa smette di emettere, i fotoni che stanno già dentro il corpo bianco mica spariscono di punto in bianco.

nel caso reale e comune dei nostri sensi: quando "spegni la luce" in una stanza tutti i fotoni vengono assorbiti dai materiali circostanti in un tempo infinitesimamente breve che ai nostri occhi appare istantaneo.
ma se la superficie fosse fatta tutta di specchi perfetti ci vorrebbe un po' di tempo prima che tutti i fotoni siano assorbiti.
certo, quantificare quanto lungo sia questo tempo è arduo

[fabrylama]

le cose vanno così, il corpo che tu immagini può essere proprio la cavità ottica di un laser, in cui si sostituisce lo specchio semiriflettente di uscita, con uno specchio riflettente. in questo modo (idealizzando) l'energia della radiazione em in camera può divergere tranquillamente, raggiungendo alte densità di energia comincerà a pesare il comportamento non lineare degli specchi che potrà portare ad una somma di 2 fotoni in un fotone con energia doppia, anche se le probabilità sono basse (aumentano però con l'intensità del campo)... comunque alla fine, con specchi ideali, l'intensità del campo em può anche andare all'infinito senza problemi.

sempre con specchi perfetti (e nel vuoto), spegnendo la luce il campo em si manterrà costante per sempre, se invece gli specchi non sono perfettamente riflettenti l'intensità del campo scemerà piuttosto velocemente.. devi considerare la velocità della luce, a 300 000 000 m/s un fotone rimbalza 300 000 000 volte in un secondo nella cavità, e se lo specchio perde anche solo l'1% ad ogni passaggio... si fa presto ad andare a zero.

[Krammer]

Originariamente inviato da fabrylama

le cose vanno così, il corpo che tu immagini può essere proprio la cavità ottica di un laser, in cui si sostituisce lo specchio semiriflettente di uscita, con uno specchio riflettente. in questo modo (idealizzando) l'energia della radiazione em in camera può divergere tranquillamente, raggiungendo alte densità di energia comincerà a pesare il comportamento non lineare degli specchi che potrà portare ad una somma di 2 fotoni in un fotone con energia doppia, anche se le probabilità sono basse (aumentano però con l'intensità del campo)... comunque alla fine, con specchi ideali, l'intensità del campo em può anche andare all'infinito senza problemi.

sempre con specchi perfetti (e nel vuoto), spegnendo la luce il campo em si manterrà costante per sempre, se invece gli specchi non sono perfettamente riflettenti l'intensità del campo scemerà piuttosto velocemente.. devi considerare la velocità della luce, a 300 000 000 m/s un fotone rimbalza 300 000 000 volte in un secondo nella cavità, e se lo specchio perde anche solo l'1% ad ogni passaggio... si fa presto ad andare a zero.

ah bene, quindi non sono un pazzo, ciò che ho scritto ha senso
certo, probabilmente non è facilmente riproducibile un modello simile ma almeno teoricamente è corretto.

interessante anche il fatto che due fotoni con tot energia possano "fondersi" in un unico fotone ad energia doppia (presupposto che tale evento è sempre più probabile aumentando man mano la densità di energia): in questo modo, idealmente, sarebbe possibile ottenere em ad altissima frequenza semplicemente continuando ad immettere em a bassa frequenza in un sistema chiuso che non assorba nè lasci uscire i fotoni entranti.


a questo punto però mi sorge una ulteriore domanda: come avviene la riflessione em in un materiale?
supponendo sempre che il materiale sia completamente riflettente: sarebbe corretto dire che in questo caso non c'è scambio energetico tra il fotone riflesso ed il corpo riflettente? che genere di interazione fisica avviene in questi casi? non credo che si possa immaginare l'evento come un fotone che "rimbalza" sulla superficie, perchè in uno scontro di quel tipo mi sembra innaturale che non ci sia scambio energetico, ovvero che il fotone mantenga la sua stessa energia iniziale venendo però deviata la sua traiettoria.

in questo caso possiamo pensare anche al caso reale di un qualsiasi materiale lucido: la stragrande maggioranza dei fotoni vengono assorbiti ma alcuni vengono riflessi. ecco, mi chiedo, quelli che vengono riflessi mantengono la stessa energia iniziale? oppure la sua frequenza ne viene comunque modificata (in difetto, poichè si "perde" energia)? in tal caso, questa energia "persa" viene ceduta al materiale riflettente, come se l'avesse assorbita, oppure viene del tutto "spesa" per la modifica della traiettoria del fotone riflesso?

[:dissident:]

Originariamente inviato da Krammer

per il semplice fatto che se la sorgente emette continuamente nuovi fotoni, e questi non vengono nè assorbiti dal corpo (solo riflessi infinitamente) e nemmeno ne escono fuori, ergo in numero di fotoni dentro in corpo dovrebbe man mano aumentare e di conseguenza dovrebbe aumentare anche la luminosità all'interno

Ah beh ma è la scoperta dell'acqua calda...aumentano in funzione di quanto vengono emessi dalla sorgente
Ma per far ciò non è necessaria una sfera cava infinitamente riflettente
Cioè, non capisco dove tu voglia arrivare

Originariamente inviato da Krammer

mi piace come argomenti
rileggi bene ciò che ho scritto. SE i fotoni non vengono assorbiti (grossomodo, possiamo anche considerare un assorbimento "minimo") ma solo riflessi, e questi non escono dal corpo, ebbene dove vanno a finire?
anche se la sorgente luminosa smette di emettere, i fotoni che stanno già dentro il corpo bianco mica spariscono di punto in bianco.

nel caso reale e comune dei nostri sensi: quando "spegni la luce" in una stanza tutti i fotoni vengono assorbiti dai materiali circostanti in un tempo infinitesimamente breve che ai nostri occhi appare istantaneo.
ma se la superficie fosse fatta tutta di specchi perfetti ci vorrebbe un po' di tempo prima che tutti i fotoni siano assorbiti.
certo, quantificare quanto lungo sia questo tempo è arduo

i fotoni subendo infinite riflessioni perdono completamente la loro energia

[Krammer]

Originariamente inviato da :dissident:

Ah beh ma è la scoperta dell'acqua calda...aumentano in funzione di quanto vengono emessi dalla sorgente
Ma per far ciò non è necessaria una sfera cava infinitamente riflettente
Cioè, non capisco dove tu voglia arrivare

hmm... eppure mi sembra di essere stato esaustivo
se sei in una stanza completamente chiusa, e accendi la luce, la luminosità della stanza rimane costante, questo perchè i fotoni vengono assorbiti dalle pareti (ok, anche dall'aria, ma trascuriamo questo dettaglio).
se le pareti sono completamente riflettenti, e i fotoni rimangono intrappolati all'interno, pian piano la stanza si dovrebbe riempire sempre più di fotoni, ovvero aumenta la densità di energia delle onde em all'interno, ovvero dovrebbe aumentare l'intensità luminosa.
dove voglio arrivare? intanto sarebbe già un passo avanti farmi comprendere, mi pare di parlare arabo

i fotoni subendo infinite riflessioni perdono completamente la loro energia

questo cosa significa? parlo di finestre temporali finite, non infinite. un fotone può subire solo un tot di riflessioni in uno spazio di tempo determinato, non farà mai riflessioni infinite... detto questo, bisognerebbe capire dopo quante riflessioni un fotone perde completamente la sua energia. e questo dovrebbe dipendere dal materiale riflettente.

questo oltretutto si ricollega alla domanda fatto sopra il tuo reply: un fotone, quando viene riflesso, perde energia intrinsicamente per la natura stessa del processo di riflessione, oppure perde energia perchè, di fatto, non esistono materiali completamente riflettenti e quindi una parte di energia viene comunque sempre assorbita dalla superficie riflettente?
se fosse vero il secondo caso (anche se è impossibile da riprodurre) si può immaginare idealmente un fotone che rimbalza all'infinito all'interno di superfici totalmente riflettenti.