Ако светнете с фенерче в нощното небе, дали светлината ще се разпространява безкрайно?

Представете си един интересен и прост експеримент. Вземате обикновено фенерче и насочвате лъча му към нощното небе. Най-вероятно ще видите, че лъчът ще започне да се разсейва на височина около облаците или дори по-ниско. В мъглив ден ще ви се стори, че светлинният лъч е бил погълнат от заобикалящата го среда още по-рано. Но този експеримент има неочакван резултат – според статистическите изчисления не всички фотони от лъча на факлата ще бъдат разпръснати и погълнати. Някои от тях са напълно способни да достигнат до границата на Вселената (и тъй като изглежда, че такава няма – те ще пътуват много, много далеч). Това обаче ще отнеме милиарди години.

Хората обикновено предполагат, че ако светлината от фенерчето обективно не е много ярка, тя трябва да бъде напълно погълната, преди да напусне атмосферата. В крайна сметка светлината, както изглежда, силно се преплита и разглежданият сценарий е просто невъзможен. Проблемът всъщност е много по-сложен, отколкото изглежда.

Математически погледнато, за по-ярък външен източник частта на фотоните, които напускат атмосферата, ще бъде равна на частта на фотоните, които влизат в нея. Така например в горните слоеве на земната атмосфера енергията на Слънцето е около 1400 W/m2 . В долните слоеве на атмосферата тя е около 1000 W/m2.

Около 35% се поглъщат от атмосферата. Същото ще важи и за вашето фенерче, дори като се отчете фактът, че светлината не е от най-ярките. Както често се случва, тук не бива да разчитаме на интуицията. Физиката се основава на хладни изчисления, а това в много отношения противоречи на реалния житейски опит, който имаме. Особено ярко това се проявява в квантовите системи, които изобщо не приличат на макрообекти. Фотонът е представител на квантовия диапазон. Ето защо за преминаването на един фотон през атмосферата използваме логиката на „математическата вероятност“ и статистиката на разпределението, а не на „слабата светлина“.

Ако 1,4-ватова крушка на фенерче (която на пръв поглед е доста слаба) свети в небето, около 1 ват ще напусне атмосферата. Дължината на вълната също е от значение. Някои дължини на вълните се поглъщат по-силно от други. Но ние говорим за видимата светлина. Много други фактори, които интуицията ни подхвърля, също ще окажат влияние. Но не и целият поток.

След като нашите фотони напуснат атмосферата, те имат голям шанс да достигнат края на галактиката. Това обаче не означава, че изключваме всевъзможни влияния върху тези фотони. Слънчевият вятър, отломките и други подобни също са повече от уместни. Но ние отново се обръщаме към логиката и статистиката.

Така например космическият телескоп Хъбъл видя една галактика на разстояние 13,4 милиарда светлинни години. Част от светлината от тази галактика е изминала точно разстоянието, за което говорим сега. Разбира се, част от нея е била погълната по пътя, но не цялата.

Дори ако 999 999 фотона от всеки 1 000 000 са погълнати, това все още означава, че 1 от милион достига целта. Тази част далеч не е толкова малка, но дори и да беше, една милионна част от милионната част от фотоните на вашето фенерче щеше да стигне до края на Вселената.