Warum können wir kein Licht sehen, das von Punkt A nach B wandert?

Manchmal tun wir das, und das Phänomen wird als Lichtecho bezeichnet .

Was Sie dort sehen, ist kein sich bewegendes Gas. Es ist ein "Echo", genau wie Sie es beschreiben.

Das Problem ist, dass Sie einen Lichtimpuls benötigen. Wenn Sie einen konstanten Lichtstrom haben, werden die "Lichtechos" genau so sein, wie Sie es im Nebel auf der Erde sehen.

Es wäre möglich, die Fortbewegung von Photonen durch den Weltraum zu sehen, wenn der Lichtimpuls außerordentlich intensiv wäre und wenn die Staubwolke, von der sie reflektiert werden, so positioniert und geformt wäre, dass sie das Licht zu uns reflektiert. Anstatt einen Strahl von Punkt A nach Punkt B zu schießen, wäre es besser, wenn die Lichtquelle zwischen uns und der Staubwolke wäre, da Licht, das von der Wolke reflektiert wird, uns intensiver erscheint und eher von uns gesehen wird. Es ist am besten, wenn der Puls sofort auftritt, da er sonst wie ein sich ausdehnender diffuser Gasball ohne innere Details erscheinen würde, wie John Rennie in seinem Kommentar betont.

All diese Bedingungen erfüllte die von NeuroFuzzy bereitgestellte Verbindung, die wie eine Zeitrafferaufnahme eines Lichtimpulses von V838 Monocerotis zu sein scheint, der von einem dahinter liegenden Staub reflektiert werden könnte, dem spektakulärsten Lichtecho in der Geschichte der Astronomie Europäische Weltraumorganisation.

Es ist viel heller als selbst eine Supernova, aber es ist nicht gerade eine Explosion. Das Licht des ersten Pulses erreichte die Erde im Jahr 2002. V838 Monocerotis verlor seine äußere Haut nicht. Stattdessen dehnt es sich enorm aus, bis seine Außenhaut nicht mehr viel heißer ist als eine Glühbirne. Dies ist ein sehr ungewöhnliches Verhalten und könnte dadurch verursacht worden sein, dass ein Stern einen anderen kannibalisiert hat.

Die Animation des Lichtechos zeigt KEINE herausgeschleuderten Trümmer. Was Sie sehen, ist das Licht selbst, das von interstellarem Staub reflektiert wird, der sich hauptsächlich hinter dem Vorläufer befindet, nicht davor. Das Lichtecho bildet ein expandierendes Ellipsoid mit V838 Monocerotis in einem Brennpunkt und uns Beobachtern im anderen. Es ist zu uns hin konkav. Eine gute Beschreibung finden Sie im Wikipedia-Artikel, der der letzte Link unten ist.

Hier ist ein Bericht über das Ereignis und ein noch besseres Zeitraffervideo dank des Hubble-Teleskops: http://www.theatlantic.com/technology/archive/2014/06/space-cannibalism-is-beautiful/373260/ . Es ist faszinierend, den Fortschritt von Photonen selbst zu sehen, wenn sie große Entfernungen zurücklegen.

Hier ist eine vollständigere Geschichte des Ereignisses mit einer Bibliographie: http://www.phschool.com/science/science_news/articles/enigmatic_eruption_v838.html .

Der Wikipedia-Artikel enthält auch eine gute Bibliographie mit Verweisen auf diesen Lichtimpuls und das darauf folgende Lichtecho: https://en.wikipedia.org/wiki/V838_Monocerotis .

Wenn ein Teil des Lichts in einem solchen Winkel vom Staub reflektiert wird, dass es umgeleitet wird, um den Beobachter zu erreichen, sieht der Beobachter dieses Licht. Diese spezifischen Photonen, die den Beobachter erreichen, werden jedoch B nicht erreichen (es sei denn, sie werden dort vom Beobachter reflektiert). Ebenso wird das Licht, das B erreicht, den Beobachter nicht erreichen, es sei denn, der Beobachter befindet sich am Punkt B (was in der gestellten Frage nicht der Fall ist) oder Licht wird von B zum Beobachter reflektiert.

Der Beobachter kann aus früheren Erfahrungen über das Verhalten von Licht usw. schließen, dass die Lichtquelle nicht die Staubpartikel, sondern A sind, und dass jedes Licht, das nicht von Staub zerstreut wird, B erreicht. Zum Beispiel im folgenden Bild wir kann daraus schließen, dass die Lichtquelle die Sonne ist und dass ein Teil des Lichts, das nicht von Partikeln in der Luft zerstreut wird, wahrscheinlich bestimmte Punkte auf dem Boden in diesem Feld erreichen wird. Hier können wir auch sehen, dass ein Teil des Lichts, das diese Punkte auf dem Boden erreicht, zum Beobachter zurückreflektiert wird, was die Schlussfolgerung bestätigt.

Der Beobachter, dargestellt als Auge, ist ein Lichtdetektor, der nur auf ihn treffendes Licht wahrnimmt, der Beobachter, nicht Licht, das ihn nicht erreicht. (Das ist die kurze Antwort auf die Frage.) Der Beobachter muss auch so lange warten, bis die Photonen von A zu dem, wovon sie reflektiert werden, zum Beobachter gelangen.

Im Gegensatz dazu werden auf diesem zweiten Foto bestimmte Lichtfrequenzen von B (Punkte auf dem Boden) zum Betrachter reflektiert, aber der Weg, dem das Licht folgt, ist aufgrund der unterschiedlichen Anzahl von Partikeln auf dem Weg zwischen diesen nicht so deutlich gezeigt Bodenpunkte und die Lichtquelle.

Mit einer Kamera, die „Bewegungen mit einer Billion Bilder pro Sekunde“ erfassen kann , kann dies im Labormaßstab erfolgen. Die verwendete Technik wurde Femto-Fotografie genannt .

(Bildnachweis an Ramesh Raskar, Associate Professor, MIT Media Lab)

Natürlich ist eine Kamera, die buchstäblich eine Billion Vollbilder pro Sekunde aufnimmt, mit der heutigen Technologie völlig unmöglich. Bei einer Bildgröße von 1000x1000 Pixeln und 3 Bytes pro Pixel müsste eine solche Kamera eine Gesamt-Rohdatenrate von mindestens$3*10^{18}$Bytes/Sekunde oder 24 Milliarden Gigabit/Sekunde!

Stattdessen muss die fotografierte Szene wiederholbar sein (dh völlig still und Schwankungen in der Umgebungsbeleuchtung eliminiert). Ein Laser wird verwendet, um viele kurze Lichtimpulse in die Szene zu senden. Der Laserlichtimpuls beleuchtet nicht nur die Szene, sondern löst auch eine Streak-Röhre aus, die effektiv eine Bildzeile erfasst. Mit mehreren wiederholten Belichtungen können die Scanlinien zu einem Bild und mehrere Bilder zu einem Bewegtbildvideo aufgebaut werden. Der Trick liegt in der sorgfältigen Synchronisation von Zeit und Standpunkten.

Weitere Informationen vom MIT hier .

Nehmen wir an, Sie bauen einen Ping-Pong-Ballzähler. Es erhöht die Zählung jedes Mal, wenn ein Tischtennisball den Sensor trifft.

Du wirfst einen Ball und er trifft den Sensor: Erkannt!

Du wirfst einen Ball von links nach rechts über den Sensor ... keine Erkennung, weil du den Sensor nicht getroffen hast.

Ihr Augapfel ist ein Lichtsensor, der Bilder aus dem Licht erzeugt, das auf Ihren Sehnerv trifft . Sie können kein Licht sehen, das nicht in Ihr Auge eintritt.

Mein Master-Projekt befasste sich mit so etwas (allerdings mit Wasserstoff-Alpha-Emissionslinien für Gaswolken zwischen Galaxien und nicht für Staub zwischen Sternen), und die Antwort in diesem Fall (und mit ziemlicher Sicherheit auch in diesem Fall) lautet, dass Sie es nicht sehen können weil Es ist einfach zu dunkel, obwohl Sie mit Hunderten von Teleskopstunden (vielleicht) nahe kommen können.

Auch dies ist nicht genau dasselbe, sondern ein verwandtes Konzept: http://arxiv.org/pdf/0711.1354v1.pdf

(Das war nicht ich, aber das Papier, auf das ich mich am häufigsten bezogen habe.)

Unter den genannten Voraussetzungen ist die Frage eine Falschaussage . Tatsächlich könnten wir den Lichtstrahl zwischen den Punkten A und B „sehen“. Während sich die Photonen von Punkt A nach B bewegen, werden einige Photonen (durch Kollision mit den Staubpartikeln) in unsere Richtung abgelenkt , was uns erlaubt um den Strahl zu "sehen". Nur in Abwesenheit von Staubpartikeln (oder anderen Partikeln) könnten wir den Lichtstrahl nicht sehen.
Um Komplikationen aufgrund von Lichtintensität, großen Entfernungen und Diffusion zu vermeiden, wird das Experiment in einem Labor unter Verwendung eines Laserstrahls durchgeführt, und die Entfernung zwischen A und B entspricht einer Lichtnanosekunde.

Wenn sich das von Ihnen beschriebene Photon von A nach B bewegen wird, gibt es keinen Grund, warum Sie es an Position C sehen können. Denn wenn Sie das Photon sehen könnten, hätte es sich von A nach C bewegt, wo Sie sind, nicht B. Daher können Sie den Weg des Lichts nicht sehen, es sei denn, wie andere sagten, etwas wie ein Atom lenkt es ab. Bei allen obigen Antworten hat etwas Licht reflektiert, so dass es zur Kamera des Fotografen gelangt. Andernfalls ist es unmöglich, dieses Photon zu sehen.