Warum bringt mich Licht nicht um?

Einzelne Photonen sind sehr klein und haben nicht viel Energie.
Wenn Sie viele von ihnen an einem Ort zusammenstellen, können Sie jemanden verletzen - indem Sie einfach genug Energie liefern, um ein Objekt zu schmelzen (fragen Sie einen beliebigen Spion auf einem Tisch unter einem Laserstrahl).

Es gibt noch eine weitere sehr seltsame Eigenschaft von Photonen . Obwohl viele von ihnen viel Energie liefern und ein Objekt erhitzen können, braucht es ein einzelnes Photon mit genügend Energie, um eine chemische Bindung zu brechen. Während also ein einzelnes hochenergetisches UV-Photon ein Molekül in Ihrer Haut brechen und Schäden verursachen kann, können eine Milliarde sichtbarer Photonen mit niedrigerer Energie, die auf denselben Punkt treffen, diese einzelne Bindung nicht brechen. Obwohl sie zusammen viel mehr Energie transportieren, ist es die Energie, die in einem einzelnen Photon geliefert wird, was in der Chemie zählt.

Glücklicherweise schirmt uns die Erdatmosphäre mit genügend Energie vor den Photonen ab, um die meisten chemischen Bindungen aufzubrechen.

Ich habe eine etwas nicht-physikalische Antwort für Sie. Wenn Sie mir erlauben, Ihre Frage ein wenig zu erweitern: „Warum tötet Licht nicht alles Leben auf der Erde oder macht es auf andere Weise unmöglich?“, lautet die Antwort, dass sich die Erde in dem befindet, was wir „ die bewohnbare Zone “ nennen.

Wenn die Sonne so viel Licht oder Licht mit so hohen Energien erzeugen würde, dass es Sie töten würde, würde es auch den Planeten so stark erhitzen, dass flüssiges Wasser nicht möglich wäre. In diesem Fall ist es wahrscheinlich vernünftig, über das „ anthropische Prinzip “ zu argumentieren, dass wir auf einem Planeten in der habitablen Zone leben, weil wir sonst nicht existieren würden, um solche Fragen zu stellen. Beachten Sie natürlich auch, dass wir die bewohnbare Zone basierend auf unseren eigenen Lebensparametern definiert haben, also gibt es hier eine Art kreisförmige Definition.

Diese Frage ist interessanter als ich zunächst dachte. Ich mag das. Eine Antwort auf diese Frage besteht aus mehreren verschiedenen Teilen; Ich werde nur ein paar beitragen, die etwas gemeinsam haben: Unsere Körper (und alles andere, es hat nichts mit Körpern zu tun) emittieren auch Photonen ungefähr so ​​​​schnell, wie sie sie absorbieren.

Auf der makroskopischen/thermischen Skala haben wir Schwarzkörperstrahlung . Alle Materie sendet über Schwarzkörperstrahlung ein kontinuierliches Strahlungsspektrum aus. Die Verteilung dieses Spektrums hängt hauptsächlich von der Temperatur des Objekts ab. Aus diesem Grund scheinen Gegenstände, die in ein Feuer gelegt werden, rot zu glühen, egal ob es sich um Holz, Metall oder Steine ​​handelt. Auch unser Körper gibt auf diese Weise Strahlung ab, aber bei unserer Temperatur liegt dieses Spektrum im Infrarotbereich, also ist es nicht sichtbar (für Menschen – Schlangen können Körperwärme sehen). Da alles auf diese Weise Photonen absorbiert und emittiert, gibt es ein Gleichgewicht, in dem wir so viel Wärmeenergie erhalten, wie wir verlieren, obwohl dies nur in einer Umgebung der Fall ist, in der alles im Gleichgewicht ist. Heiße Dinge wie die Sonne und Glühlampen können dies ablenken, weshalb es sich heiß anfühlt, nach draußen zu gehen ... oder unter einer Wärmelampe zu sein. Machen Sie sich auf jeden Fall keine Sorgen, dass Sie zu viele Photonen auffüllen, sie verlassen Sie genauso schnell.

Auf mikroskopischer Ebene haben wir das schwer zu buchstabierende Phänomen der Fluoreszenz . Wenn ein hochenergetisches Photon von einem Atom absorbiert wird, kann ein Teil seiner Energie als Photon mit niedrigerer Energie wieder abgegeben werden. Natürlich passiert das nicht jedes Mal, und ich weiß nicht, ob es in unserem Körper oft vorkommt. Das hängt von den Eigenschaften des Materials ab. Das ist es, wo wir fluoreszierendes Licht und Pigmente und Waschmittel bekommen – Waschmittelhersteller schließen tatsächlich fluoreszierende Pigmente in ihre Produkte ein, damit Kleidung mehr sichtbares Licht emittiert, als sie physikalisch sollte, indem sie UV-Licht absorbiert und es im sichtbaren Bereich wieder abstrahlt. Obwohl ich mir nicht sicher bin, ob dieses Prinzip Sie vor der Atomisierung bewahrt, sollten Sie sich daran erinnern, dass nicht jedes Photon, das Sie trifft, dort bleibt.

Also abschließend, obwohl die Energie, die das Licht in unseren Körper (und die Erde) bringt, beträchtlich ist (stellen Sie sich vor, es gäbe keine Sonne – Strahlung ist wichtig!), werden wir uns nicht mit Photonen auffüllen, um zu explodieren. Wir sind im Gleichgewicht.

Ein allgemeines Photon ist nicht allzu gefährlich. Die meisten Photonen, denen wir begegnen, haben die Kraft, unseren Körper zu erwärmen, und nicht viel mehr. Die Wärme, die wir täglich von Photonen absorbieren, ist nicht so groß, daher ist dies selten ein Problem.

Nun, eine interessante Sache über Photonen ist, dass zwei Photonen mit niedrigerer Energie kein einzelnes Photon mit höherer Energie (Frequenz) erzeugen. Eine Million sichtbarer Photonen haben also immer noch nicht die gleiche Wirkung wie ein einzelnes ultraviolettes Photon. Wenn zum Beispiel eine bestimmte chemische Bindung ein UV-Photon erfordert, um gebrochen zu werden, wird es nicht funktionieren, viele sichtbare Photonen darauf zu schießen.

Ultraviolette Photonen haben die Fähigkeit, DNA und andere essentielle Moleküle zu mutieren. Zu viel davon, und es ist wahrscheinlich, dass Sie Hautkrebs bekommen. Unser Körper ist darauf eingestellt, mit einer geringen Menge an UV-Strahlung (die wir täglich erfahren) fertig zu werden, daher ist dies normalerweise kein Problem. Wenn Sie vorhaben, in der Sonne zu sein, hilft Ihnen Sonnencreme, sich doppelt zu schützen.

Gamma-Photonen gehen direkt durch die Haut und beeinflussen andere Moleküle in unserem Körper. Auch hier kann unser Körper mit einer kleinen Menge Gammastrahlung umgehen, aber wenn es sich um einen starken Strahl handelt, werden (abgesehen von einer Überhitzung) viele wichtige Chemikalien in unserem Körper in (möglicherweise giftige) Fragmente zerlegt.

Das Magnetfeld ist nicht so effektiv, um Photonen ¹ fernzuhalten , aber die Erdatmosphäre hält die meiste UV-/Gammastrahlung fern. Astronauten im Weltraum benötigen spezielle Filter in ihren Raumanzügen (und in ihren Shuttles), um nicht durch kosmische Strahlung verbrannt zu werden.

^{1 Geladene Komponenten kosmischer Strahlung wie Hochgeschwindigkeitsmyonen und verschiedene Hadronen werden sowohl durch das Magnetfeld als auch durch die Atmosphäre am Eindringen gehindert (der kombinierte Effekt verursacht die Polarlichter). Diese (und ihre Zerfallsprodukte) können ziemlich viel Schaden anrichten, wenn sie ungehindert an die Oberfläche kommen.}

Ein sichtbares Photon hat eine lächerliche Menge an Energie, um uns zu schaden: ungefähr$2\times10^{-19}$Joule. Das ist etwa 50 000 000 000 000 000 Mal kleiner als die Energie eines Regentropfens, der auf Ihren Kopf fällt (0,01 Joule). Aber in einer Sekunde sendet ein Sonnenlichtstrahl von der Größe eines Regentropfens$10^{17}$Photonen und ist damit etwa so stark wie ein Regentropfen.

Ein Sonnenstrahl oder Regentropfen haben grundsätzlich die gleiche Kraft. Sie bestehen beide aus "Partikeln" (Photonen oder Wassermolekülen), die nacheinander mit den Molekülen unseres Körpers interagieren. Ein Photon kann ungefähr mit einem Molekül interagieren, aber das reicht nicht aus, um Schaden anzurichten. Wenn die Körpermoleküle viele Male getroffen werden, können sie anfangen, sich zu bewegen und sich zu erhitzen. Das würde einen Sonnenbrand verursachen. Es ist nur eine Frage der Menge. Fügen Sie 100- oder 1000-mal mehr Photonen pro Sekunde hinzu, die von der Sonne kommen, und Sie könnten anfangen zu brennen ...