Месяц в темноте приведет к проблемам с памятью и костями: ученые Пермского Политеха поделились 7 удивительными фактами про свет

Свет — это часть физического явления, к которому относятся нам известные микроволны, рентгеновское, инфракрасное, ультрафиолетовое, гамма-излучения и радио. Все они представляют собой электромагнитные колебания энергии, которые отличаются друг от друга только длиной и частотой.

– Человеческий глаз эволюционно настроен лишь на крошечный участок этого спектра — на видимый свет с длиной волны примерно от 380 до 750 нанометров, что сопоставимо с толщиной мыльного пузыря. Все, что имеет волны длиннее или короче этого диапазона, остается невидимым — у нас нет биологических рецепторов для их восприятия. Например, радио может иметь длину от нескольких миллиметров до сотен километров, поэтому оно полностью выходит за пределы узкого «окошка», доступного нашему зрению, — отвечает профессор кафедры «Общая физика» ПНИПУ, доктор физико-математических наук Виктор Криштоп.

Свет является одновременно частицей и волной

Свет может проявлять свойства частицы или волны в зависимости от того, что с ним делают. Чтобы продемонстрировать разницу в поведении, физики проводят следующие эксперименты.

– Когда мы пропускаем его через две узкие щели, он ведёт себя как волна: создаёт узор из полос – интерференцию. Но когда попадает в специальный детектор, он «стучит» в одну точку, как частица. Свет — это, по сути, квантовое поле, которое при измерении проявляет некоторые свойства фотона – световой частицы, а при распространении — непрерывные свойства волны, – рассказывает Виктор Криштоп.

Почему скорость света самая быстрая во Вселенной

Человечество до сих пор не путешествует к звездам в соседних галактиках, потому что любой объект, обладающий массой, не может достичь скорости света. Чем быстрее он движется, тем тяжелее становится и требует бесконечной энергии. Поэтому каким бы мощным ни был двигатель, само тело будет только приближаться к скорости света, но никогда ее не достигнет. Свет же состоит из безмассовых фотонов, и они сразу рождаются на этой предельной скорости.

Экспериментально это подтверждено в ускорителях частиц, где протоны разгоняют до 99,9999% скорости света, но до 100% они никогда не доходят. Если бы это было возможно, путешествие к звездам заняло бы десятилетия, но при имеющихся технологиях на это гипотетически ушли бы тысячи лет.

– Быстрее всего свет движется в вакууме — там его скорость максимальна и составляет около 300 000 км/с. В любой прозрачной среде он распространяется медленнее. Фотоны постоянно поглощаются и переизлучаются атомами вещества — этот процесс создаёт микроскопические задержки. Например, в бриллианте свет движется в 2,5 раза медленнее, чем в вакууме. Рекордно медленно свет движется в облаке сверхохлаждённых атомов – конденсате Бозе — Эйнштейна, где его можно почти «остановить», – отмечает Виктор Криштоп.

Ультрафиолет может навредить человеку, а инфракрасный лечит

Ближайшие к видимому свету виды электромагнитного излучения – ультрафиолетовое – длина его волны короче – и инфракрасное – у него наоборот длиннее.

– Инфракрасный свет — это, по сути, просто тепло. Он мягко прогревает ткани, расширяет сосуды, улучшая приток крови с кислородом и питательными веществами к ране или волосяной луковице, ускоряя заживление и рост. Ультрафиолет же несёт в себе фотоны высокой энергии, которые работают как микроскопические пули. Они могут повредить ДНК клеток кожи, способны вызвать мутации и ожог. Именно прямое разрушение белков и наследственной информации делает ультрафиолет опасным при длительном воздействии, тогда как инфракрасное излучение — это лишь ласковое тепло, – отвечает Виктор Криштоп.

Световые лампы накаливания разогреваются как звезды

– Несмотря на появление более безопасных и энергоемких светодиодных LED-ламп, привычные всем лампы накаливания до сих пор повсеместно используют в квартирах, офисах и различных заведениях. Но не многим известно, что их вольфрамовая нить накаливания разогревается примерно до 2500–2700°C. Это можно сравнить с температурой поверхности некоторых звезд — красных карликов: у них она колеблется в диапазоне от 2500 до 3500°C, – отметил Виктор Криштоп.

Нагревать её до максимума нужно, чтобы сместить спектр излучения в видимую жёлто-белую область: чем горячее тело, тем более голубой свет оно даёт

– Такой нагрев достигается джоулевым теплом: электроны тока буквально «протискиваются» сквозь тонкую вольфрамовую нить, и она из-за высокого сопротивления раскаляется, – рассказал Виктор Криштоп.

Так что при использовании ламп накаливания стоит помнить о риске ожогов. Поэтому менять их следует только через 3–5 минут после выключения.

Свет может заменить Wi-Fi

Привычная нам технология Wi-Fi, основанная на радиоволнах, работает повсеместно и довольно надежно. Но есть места, где она ловит плохо – под водой, в шахтах, бункерах и архивных хранилищах, а также может быть опасна на производстве с сильными электромагнитными помехами из-за риска сбоев систем. Чтобы решить эти проблемы, можно использовать для передачи данных обычные светодиоды.

– В основе этой технологии под названием Li-Fi лежат незаметные для глаза изменения яркости: светодиодная лампа моргает миллиарды раз в секунду, а специальный фотоприемник считывает их как биты информации по аналогии с азбукой Морзе, где темнота означает «0», а вспышка «1», и расшифровывает, превращая в текст, картинку или звук. Внешне такое устройство может ничем не отличаться от самых обычных осветительных приборов, – говорит Виктор Криштоп.

Li-Fi уже пробуют в аэропортах и подводных передачах данных; в ближайшие годы она войдёт в умные офисы и системы связи между беспилотными автомобилями.

Без света человек впадет в депрессию

Человек способен выжить без света, но его психическое и физическое здоровье за месяц полной темноты претерпит серьезные негативные изменения.

– Главную роль здесь играют биоритмы: без смены дня и ночи сбивается выработка мелатонина и кортизола, что приводит к бессоннице, дневной сонливости и снижению иммунитета. К концу месяца у большинства людей разовьется подавленное настроение, тревожность, проблемы с памятью и концентрацией — вплоть до депрессивных эпизодов, особенно при изначальной неустойчивости психике. Кроме того, длительное отсутствие солнца вызывает дефицит витамина D, что ослабляет кости и иммунитет, а также повышает риск кожных заболеваний и инфекций, – отвечает старший научный сотрудник кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ, кандидат медицинских наук Валерий Литвинов.

Для синтеза витамина D и общего тонуса необходимо бывать на дневном свету не менее 30–60 минут в день, желательно в первой половине дня. Главное — не допускать хронического недостатка естественного освещения в жилых и рабочих помещениях.

Теплый, нейтральный и холодный: свет необходимо подбирать исходя из назначения помещения

В разных комнатах одной квартиры для обеспечения комфорта и определенной атмосферы могут использоваться лампочки разных цветов. Холодным или теплым будет свет можно определить по температуре в Кельвинах (прописная буква «К» на упаковке). Чем больше это значение, тем белее будет лампа, и, наоборот, чем меньше — тем желтее.

— Для глаз наиболее комфортным и безопасным считается нейтральный или теплый свет с цветовой температурой 2700-4000 К. Теплое излучение (около 2700-3000 К) создает расслабляющую атмосферу и подходит для спален, гостиных и зон отдыха. Нейтральный (3000-4000 К) оптимален для рабочих зон, таких как кухни, ванные комнаты, кабинеты и места для чтения, так как не искажает восприятие и не утомляет глаза при длительной работе. Холодный поток (4000-6500 К) может быть полезен для повышения концентрации внимания и продуктивности в рабочих зонах, но его избыток может вызывать усталость, — делится Виктор Криштоп.

Фото: Emilio Garcia, unsplash.com