Hvor forsvinder lyset hen, når jeg slukker det?

Vores læser Nicolai Waaben har slukket lyset. Så har han tændt det igen, for derefter at slukke det endnu en gang.

Resultatet blev, ikke overraskende, at når han slukkede lyset, blev det mørkt. Med andre ord forsvandt lyset.

Nicolai undrer sig over, hvorfor det egentlig gør det, og derfor har han skrevet til Spørg Videnskaben.

»Hvis man slukker for en pære i et mørkt rum uden vinduer, forsvinder lyset. Det ryger vel ikke igennem væggen, da man jo ikke kan se det på den anden side, og det bliver jo heller ikke i rummet. Hvor forsvinder det så egentlig hen?« skriver Nicolai i sin mail til os.

I forsøget på at få et lys til at gå op for Nicolai har vi kontaktet professor og lysforsker Karsten Rottwitt fra Institut for Fototeknik ved Danmarks Tekniske Universitet.

Ifølge ham er svaret på Nicolais spørgsmål relativt simpelt.

»Det bliver simpelthen absorberet i det materiale, som væggene består af. Derfor forsvinder det fra rummet og kommer ikke ud på den anden side,« siger han.

\ Læs mere

Hvor hurtigt bevæger lys sig i rummet?

Lyset absorberes og omdannes til varme

For at forstå, hvor lyset forsvinder hen, skal vi først lige have på plads, hvad lys egentlig er.

Den korte version er, at lys både er fotoner (virkelig små partikler) og bølger, der udgår fra en lyskilde – i det her tilfælde fra en elpære i Nicolais rum uden vinduer.

Nogle gange kan lys bedst beskrives som bølger, mens det andre gange bedst kan beskrives som små partikler. Den længere forklaring kan du få i denne artikel: Hvad er lys?

Nu forestiller vi os, at Nicolai står uden for rummet, tænder for elpæren inde i rummet og slukker den igen.

Lyset kommer ganske rigtig ikke ud gennem væggene, og når Nicolai åbner døren ind til rummet, er det alligevel forsvundet. Hokus pokus!

Lyset er dog ikke forsvundet på magisk vis, men det er i stedet blevet absorberet af væggene, og lad os for eksemplets skyld sige, at væggene er lavet af gode, danske mursten.

»Medmindre man gør noget specielt ved væggene, vil de absorbere lyset og omdanne det til varme. Man kan mærke den samme effekt, hvis man har et par mørke bukser på på en sommerdag. Der vil lyset fra Solen også blive absorberet i bukserne og omdannet til varme, som vi kan mærke på huden,« fortæller Karsten Rottwitt.

\ Læs mere

Sådan fik vi det elektriske lys

Energien overføres til væggene

Når lyset bliver absorberet i væggene i Nicolais rum, sker det ved, at lyset, som vi her betragter som fotoner, rammer atomerne i det materiale, væggen består af.

Når fotonerne rammer atomerne, sker der en vekselvirkning mellem fotonerne og materialet, hvor energien fra fotonerne bliver overført til væggens materiale.

Den overførte energi kan eksempelvis få materialets gitterstruktur, der er den struktur, som holder materialet sammen og molekylerne fast til hinanden, til at vibrere. Og disse vibrationerne varmer materialet op.

Energien kan også ændre ved elektronerne i atomerne og enten løfte elektronernes energiniveau eller få dem til at dreje rundt om sig selv på en nye måde. Begge dele resulterer i, at energien fra lyset bliver absorberet i materialet og omdannet til varme.

Under alle omstændigheder bliver det mørkt i rummet, og lyset kommer ikke ud gennem væggen til Nicolai på den anden side.

Den eneste effekt vil være en minimal opvarmning af væggene inde i rummet.

\ Læs mere

Forskere opdager en ny farve, som er sortere end sort

Spejle reflekterer lyset

Man kan forestille sig, at Nicolai i stedet beklædte rummet med spejle indvendigt.

I det tilfælde vil lyset ikke blive absorberet i væggene men derimod reflekteret.

I modsætning til materialer, som absorberer lys, kaster reflekterende materialer det tilbage igen. På den måde bliver energien i lyset ikke overført til materialet, men forbliver i fotonerne, som kan blive ved med at flyve rundt mellem spejlene inde i rummet, indtil de rammer et eller andet, som kan absorbere dem.

Det kan være fejl i spejlene, sprækken mellem døren og væggen eller noget andet, som ikke kan kaste lyset tilbage.

»Hvis man forestiller sig, at man kunne lave det perfekte spejl, ville lyset kunne blive ved med at flyve rundt inde i rummet i et stykke tid, efter lyskilden blev slukket. Over tid vil lyset dog blive absorberet i luftmolekylerne og forsvinde igen. Hvis vi ser bort fra luftmolekylerne og kun antager, at rummet er beklædt med perfekte spejle, ville lyset dog kunne blive ved med at eksistere i rummet på ubestemt tid. Det vil være som at spille billard med lyskugler uendeligt,« siger Karsten Rottwitt.

\ Læs mere

Bliver lys virkelig reflekteret bedre af is end vand?

Glas sænker lysets hastighed

En helt tredje mulighed er, at Nicolai bare lader sit lille rum være lavet af glas.

I modsætning til materialer, som enten absorberer lys eller kaster det tilbage, lader materialer som glas det passere lige igennem uden at frarøve fotonerne energien.

På den måde vil Nicolai kunne se lyset komme ud af rummet gennem væggene.

For materialer, der lader lys passere igennem sig, gælder det, at lyset vekselvirker med materialet på sin vej gennem det, hvorved det rent faktisk bliver forsinket en smule, dog uden at blive standset helt.

Det betyder, at glasset vil sænke lyset hastighed, og intet af lyset vil passere direkte igennem glasvæggene.

»Beskriver man lyset som fotoner, kan man forestille sig, at fotonerne kommer ind i glasset og bliver kastet rundt mellem molekylerne som i en gammeldags flippermaskine, før de kommer helt igennem. Det er dog de samme fotoner, som kommer ud på den anden side af glasvæggene, som blev udsendt af lyskilden inde i rummet,« forklarer Karsten Rottwitt.

\ Læs mere

Hvorfor kan lys gå igennem glas – men ikke sten?

Selvlysende stjerner gemmer energien fra lyset

Faktisk kan Nicolai gøre mange flere ting ved væggene i sit rum, hvor forskellige materialer vil vekselvirke med lyset på forskellige måder.

Nogle materialer fungerer som optiske forstærkere, hvilket betyder, at de sender mere lys tilbage, end der blev sendt ind i dem. Disse materialer er dog elektroniske og kræver, at der bliver tændt for væggene, før de fungerer.

Nicolai kan også hente inspiration i sin barndom og beklæde væggene, loftet og gulvet i rummet med den type selvlysende stjerner, som han måske havde hængene over sin barndomsseng.

Selvlysende materialer fungerer ved, at de absorberer energien fra fotoner ved at løfte elektroner op i et nyt energiniveau.

Efter noget tid falder elektronerne tilbage til deres oprindelige energiniveau og frigiver fotoner, hvorved de lyser, hvilket kan ses, når lyset i rummet bliver slukket.

Her er det dog ikke den samme foton, som ramte det selvlysende materiale til at starte med, der bliver sluppet fri igen, men derimod en ny foton.

»Selvlysende materialer fungerer ved, at energien i de indkommende lysfotoner er stor nok til at løfte elektronerne til et nyt energiniveau, og på den måde opbevarer de energien, indtil elektronen falder tilbage til dens oprindelige energiniveau og i den proces frigiver energi i form af en foton. I andre materialer er energien fra et foton ikke stor nok til at løfte energiniveauet for elektronerne, og her kan energien blive absorberet og omdannet til varme,« fortæller Karsten Rottwitt.

I nogle tredjeverdenslande laver man sågar forsøg med fluorescerende materialer i spande, som man stiller ud i solen om dagen. Om aften, når solen går ned, tager man spandene med ind i hytterne, hvorved man kan have lys i en time eller mere efter mørkets frembrud.

Har du et spørgsmål til videnskaben?

Vi håber, at Nicolai føler, at han fik svar på sit spørgsmål. Vi takker i hvert fald for det og kvitterer med en af vores eftertragtede Spørg Videnskaben-T-shirts.

Vi takker også Karsten Rottwitt for at hjælpe os med svaret og for hans gennemgang af forskellige materialers interaktioner med lys.

Sidder du med et spørgsmål, som, du mener, videnskaben kan svare på, er du altid velkommen til at sende det til os på sv@videnskab.dk, så skal vi se, om vi kan dirigere det i retning af en relevant forsker.

\ Læs mere

Forskere opdager nye egenskaber ved lys

\ Læs mere

Dansker opfinder ny metode til at guide lys

\ Læs mere

Hvorfor afbøjes lys ikke af vinden?