Question:
Pourquoi la lumière ne me tue-t-elle pas?
Shawn McDowell
2013-05-17 03:42:16 UTC
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Pourquoi chaque photon individuel a-t-il une si faible quantité d'énergie? Je suis frappé par des photons toute la journée et je trouve étonnant que je ne sois pas vaporisé.

Suis-je simplement trop gros physiquement pour que les photons me nuisent beaucoup, ou peut-être que le champ magnétique terrestre filtre suffisamment de causes nocives comme les rayons gamma?

Légèrement hors sujet, mais dans «Profiles of the future», en parlant de la possibilité d'invisibilité, Arthur C Clarke dit «Un homme invisible ne serait pas simplement aveugle, il serait mort». Au début, j'ai mal interprété cela comme disant que toute «potion d'inivisibilité» vous tuerait. Mais ce qu'il dit, c'est que la lumière normale perturberait trop les processus en cours dans vos cellules, donc c'est une bonne chose que vous ayez une peau assez opaque pour l'empêcher d'entrer.
Je pense que tu veux dire "rayons gamma"
Cinq réponses:
Martin Beckett
2013-05-17 04:07:45 UTC
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Les photons individuels sont très petits et n'ont pas beaucoup d'énergie.
Si vous en rassemblez beaucoup au même endroit, vous pouvez blesser quelqu'un - en fournissant simplement assez d'énergie pour faire fondre un objet (demandez à n'importe quel espion tableau sous un faisceau laser).

Il existe une autre caractéristique très étrange des photons. Bien que beaucoup d'entre eux puissent fournir beaucoup d'énergie et chauffer un objet, il faut un photon individuel suffisamment d'énergie pour rompre une liaison chimique. Ainsi, alors qu'un seul photon ultraviolet à haute énergie peut briser une molécule dans votre peau et causer des dommages, un milliard de photons visibles d'énergie inférieure atteignant le même point ne peuvent pas rompre cette liaison unique. Même s'ils transportent ensemble beaucoup plus d'énergie, c'est l'énergie fournie dans un seul photon qui compte en chimie.

Heureusement, l'atmosphère terrestre nous protège des photons avec suffisamment d'énergie pour rompre la plupart des liaisons chimiques.

Il * existe * de multiples processus d'absorption où plusieurs photons de faible énergie peuvent être absorbés pour provoquer une transition d'énergie relativement importante. C'est juste que la probabilité de ces événements est extrêmement faible (car, en gros, plusieurs photons doivent être au même endroit en même temps * et * l'interaction avec chaque photon individuel est relativement faible). Je pense qu'un faisceau laser puissant est nécessaire pour commencer à voir ces effets, mais je ne suis pas vraiment un expert en la matière.
@MichaelBrown - oui si vous êtes en KDP, vous devez faire attention aux bains de soleil même par temps nuageux.
[Ce KDP] (http://en.wikipedia.org/wiki/Monopotassium_phosphate)? Comme je l'ai dit, pas l'expert ...
Les transitions multi-photons @Michael Brown: peuvent en fait être plus probables que les transitions à photon unique si l'intensité de la lumière est suffisamment élevée.
Ce n'est pas seulement de la chance, la vie a évolué pour s'adapter à l'environnement, qui comprend une certaine gamme d'énergie provenant des photons. Si les boucliers atmosphériques laissaient passer d'autres photons, la vie aurait évolué d'une autre manière.
@MichaelBrown oui, ce KDP. Les propriétés dont nous parlons sont appelées «propriétés optiques non linéaires» - voir les liens dans l’article Wikipédia.
Quelque chose dans votre œil peut répondre à plusieurs photons à des intensités suffisamment élevées. Certaines personnes aveuglées par des accidents avec des lasers infrarouges ont rapporté que la dernière chose qu'elles ont vue était un flash vert à une couleur qui correspondait à des événements d'absorption de photons doubles (triples?).
Wow, cette question a été protégée rapidement. Je suppose que je vais juste ajouter un commentaire ... Une autre perspective est de regarder la dilution. A la surface du soleil, bien sûr, l'intensité lumineuse vous vaporiserait instantanément. Mais si vous faites de la géométrie, vous pouvez voir que lorsque la coquille sphérique de lumière se dilate, au moment où elle atteint la terre, elle couvre une zone près de 50000 fois plus grande ... réduisant l'intensité à tout moment de 50000 fois.
@FrankPresenciaFandos - dans une mesure limitée. Si nous avions eu une atmosphère qui permettait beaucoup de rayons X extrêmes ou durs, il est peu probable que la vie ait évolué du tout.
@MartinBeckett: Je ne serais pas si sûr de cela, la vie dans une telle situation se serait probablement développée pour utiliser les rayons XUV ou X-Ray d'une autre manière.
Brandon Enright
2013-05-17 09:21:20 UTC
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J'ai une réponse quelque peu non physique pour vous. Si vous me permettez d’élargir un peu votre question: «Pourquoi la lumière ne tue-t-elle pas ou ne rend-elle pas toute vie sur Terre impossible?», La réponse est que la Terre se trouve dans ce que nous appelons « la zone habitable» .

Si le Soleil produisait tant de lumière ou de lumière à des énergies si élevées qu'il vous tuerait, il chaufferait aussi tellement la planète que l'eau liquide ne serait pas possible. Dans ce cas, il est probablement raisonnable d'argumenter via le " principe anthropique" que nous vivons sur une planète dans la zone habitable car sinon nous n'existerions pas pour poser de telles questions. Notez bien sûr aussi que nous avons défini la zone habitable en fonction de nos propres paramètres de vie, donc il y a un peu une définition circulaire ici.

Oui en effet - cette question me rappelle d'autres comme «pourquoi l'oxygène ne nous tue-t-il pas» ou «pourquoi aimons-nous les couleurs bleu et vert»?
krs013
2013-05-17 05:10:27 UTC
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Cette question est plus intéressante que je ne le pensais au début. Je l'aime. Il y a plusieurs parties différentes pour une réponse à cette question; Je vais juste en dire quelques-uns qui ont quelque chose en commun: nos corps (et tout le reste, cela n'a rien à voir avec les corps) émettent également des photons à peu près aussi vite qu'ils les absorbent.

Sur le plan macroscopique / échelle thermique, nous avons le rayonnement du corps noir. Par le rayonnement du corps noir, toute matière émet un spectre continu de rayonnement. La distribution de ce spectre dépend principalement de la température de l'objet. C'est pourquoi les objets placés dans un feu semblent rougeoyer, qu'il s'agisse de bois, de métal ou de roches. Nos corps émettent également des radiations de cette façon, mais à notre température, ce spectre est dans la gamme infrarouge, donc il n'est pas visible (pour les humains - les serpents peuvent voir la chaleur corporelle). Puisque tout absorbe et émet des photons de cette façon, il y a un équilibre où nous recevons autant d'énergie thermique que nous en perdons, bien que ce ne soit que dans un environnement où tout est à l'équilibre. Les choses chaudes comme le soleil et les lumières à incandescence peuvent gâcher cela, c'est pourquoi il fait chaud d'aller dehors ... ou d'être sous une lampe chauffante. Quoi qu'il en soit, ne vous inquiétez pas de remplir trop de photons, ils vous laissent tout aussi vite.

À l'échelle microscopique, nous avons le phénomène difficile à épeler de la fluorescence. Lorsqu'un photon de haute énergie est absorbé par un atome, une partie de son énergie peut être réémise sous forme de photon de plus faible énergie. Bien sûr, cela ne se produit pas à chaque fois, et je ne sais pas si cela arrive souvent dans notre corps. Cela dépend des propriétés du matériau. C'est là que nous obtenons des lampes fluorescentes, des pigments et des détergents à lessive - les fabricants de détergents incluent en fait des pigments fluorescents dans leurs produits afin que les vêtements émettent plus de lumière visible qu'ils ne le devraient physiquement en absorbant la lumière UV et en la réémettant dans le domaine visible. Quoi qu'il en soit, même si je ne suis pas sûr que ce principe en particulier vous sauve de l'atomisation, il convient de rappeler que tous les photons qui vous frappent ne restent pas là.

Donc, en conclusion, même si l'énergie que la lumière apporte notre corps (et la terre) est substantiel (imaginez s'il n'y avait pas de soleil - le rayonnement est important!), nous n'allons pas faire le plein de photons pour éclater. Nous sommes à l'équilibre.

+1 pour l'équilibre de l'énergie entrante et sortante liée à différents phénomènes.
Manishearth
2013-05-17 11:15:33 UTC
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Un photon général n'est pas trop dangereux. La plupart des photons que nous rencontrons ont le pouvoir de chauffer notre corps et pas grand-chose d'autre. La chaleur que nous absorbons des photons quotidiennement n'est pas si grande que cela, c'est donc rarement un problème.

Maintenant, une chose intéressante à propos des photons est que deux photons d'une énergie inférieure ne produisent pas un seul photon de plus énergie (fréquence). Ainsi, un million de photons visibles n'auront toujours pas le même effet qu'un seul photon ultraviolet. Par exemple, si une certaine liaison chimique nécessite la rupture d'un photon UV, tirer beaucoup de photons visibles ne fonctionnera pas.

Les photons ultraviolets ont la capacité de muter l'ADN et d'autres molécules essentielles. Trop et il est probable que vous ayez un cancer de la peau. Nos corps sont réglés pour pouvoir faire face à une petite quantité de rayonnement UV (que nous ressentons quotidiennement), ce n'est donc généralement pas un problème. Si vous prévoyez de vous exposer au soleil, la crème solaire vous aide à rester doublement en sécurité.

Les photons gamma traversent la peau et affectent d'autres molécules à l'intérieur de notre corps. Encore une fois, notre corps peut faire face à une petite quantité de rayonnement gamma, mais s'il s'agit d'un faisceau puissant (à part la surchauffe), de nombreux produits chimiques essentiels dans notre corps seront décomposés en fragments (éventuellement toxiques).

Le champ magnétique n'est pas si efficace pour empêcher les photons 1 d'entrer, mais l'atmosphère terrestre empêche la plupart des rayons UV / gamma d'entrer. Les astronautes dans l'espace ont besoin de filtres spéciaux dans leurs combinaisons spatiales (et dans leurs navettes) pour éviter d'être brûlés par les rayons cosmiques.

1 Les composants chargés des rayons cosmiques comme les muons à grande vitesse et divers hadrons sont de la matière sont empêchés d'entrer à la fois par le champ magnétique et par l'atmosphère (l'effet combiné provoque les aurores). Ceux-ci (et leurs produits de désintégration) ont la capacité de faire pas mal de mal s'ils remontent sans entrave à la surface.

+1 pour le champ magnétique n'affecte pas les photons.
fffred
2013-05-24 05:53:00 UTC
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Un photon visible a une quantité d'énergie ridicule pour nous nuire: environ 2 $ \ times10 ^ {- 19} $ Joules. C'est environ 50 000 000 000 000 000 fois plus petit que l'énergie d'une goutte de pluie tombant sur votre tête (0,01 Joules). Mais en une seconde, un rayon de soleil de la taille d'une goutte de pluie envoie 10 $ ^ {17} $ photons, ce qui le rend à peu près aussi puissant qu'une goutte de pluie.

Un rayon de soleil ou des gouttes de pluie ont fondamentalement la même puissance. Ils sont tous deux constitués de «particules» (photons ou molécules d'eau) qui interagissent une à une avec les molécules de notre corps. Un photon peut interagir avec une molécule environ, mais ce n'est pas suffisant pour causer des dommages. Lorsque les molécules du corps sont touchées plusieurs fois, elles peuvent commencer à bouger et s'échauffer. C'est ce qui ferait brûler le soleil. C'est juste une question de quantité. Ajoutez 100 ou 1000 fois plus de photons par seconde provenant du soleil, et vous pourriez commencer à brûler ...

Comment mesurez-vous la «taille» d'un rayon de soleil pour le comparer à une goutte de pluie?


Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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