在一個完美的球體裡面貼滿鏡子(無縫隙),人在裡面打開手電筒後會看到什麼景象?

從小就一直思考這個問題,,一直找不到答案,知乎大神們快快來幫我了卻心愿


視頻封面煎蛋小學堂:在球鏡內部,你能看到什麼?—在線播放—優酷網,視頻高清在線觀看視頻中間只談到了這個話題十幾秒鐘……

所以,親們直接把進度條拉到00:45吧……


啊!!我以前也考慮過這個問題,真的很有趣,支持第一個同學的回答,但是視頻里的大叔忘了考慮到身體其他部位的反射了,因為是一個完全封閉的球鏡,就是說一個人的全身都是被包裹在裡面的,所以一個人理論上全身的任何一個部位都是可以找到一個光路傳播到眼睛裡的,所以,當時我得出的答案是類似於全息圖一樣的東西,或者說就是完全混亂的一個場景,你身上的任何一個部位都同時疊加到一起投入到你的眼鏡里,估計就是混亂的顏色吧。

提一下,最早想到這個球鏡的是日本推理小說家江戶川亂步,在他的一本書里提到的(具體是哪本我等會去查查看),小說里的土豪也有同樣的困惑,於是自己造了個球鏡,結果被嚇死在裡面了,這也是我最早開始對球鏡感興趣的原因哦!(??????) ?

回復 肖鈺霖 :剛才去書架上翻了一下,是新星出版社出版的,江戶川亂步的《人間椅子》的157頁的短篇《鏡地獄》

_(:з」∠)_結尾好恐怖………


youtube的VsauceV叔做過這個專題視頻

https://www.youtube.com/watch?v=zRP82omMX0g

INSIDE a Spherical Mirror

配合字幕和VPN食用,效果最佳~


卧槽,趕快去告訴流言終結者,這麼危險的事讓他們去玩,我們負責搬椅子就行了


1、把樓主的問題簡化,沒有人,只有手電筒在裡面。

球體內處處鏡面都在發光,亮度和光源的亮度一樣,以至於完全看不到手電筒

2、還原問題,加上人。由於人體對手電筒對面鏡面反射回來的光線的吸收和漫反射,會形成

球體內看見你手拿電筒的變形影像,亮度也大大降低

3、球體大到一定程度,影像又會是

球體內處處鏡面都在發光,亮度和光源的亮度一樣,以至於完全看不到人和手電筒。

問題回答完畢才發現,我和謝天奇的思路差不多。


這種時候就要 @滕騰


假設鏡面反射中,99.999%的光都被反射散射了(只有0.001%的光子被吸收)

那麼分兩種情況

假如手電筒完全垂直的照射到球面鏡上(幾乎不可能)那麼光會反射回你的手電筒,散射出來的光會把環境微微照亮,球面鏡會很暗

假如手電筒不完全垂直的照射到球面鏡上,那麼當手電筒光亮的一瞬間,因為光速非常的快,很快就損耗了0.0001%,散射一些光,然後反射到別的地方,再損耗0.0001%,散射一些光,然後再反射...因為光速極快,在人眼識別出來之前就已經反射無數遍了,所以散射的光和反射的光區域足夠大,能把球面鏡的每一個角落都照亮,而且損耗的光子也足夠多.因為手電筒同時也在發出光子,光子多了損耗的就快,所以最後會有一個損耗和發出光子的動態平衡,空間內的光子數量和能量是會恆定的.能量去哪兒了呢?答案是變成了鏡面的內能(假如鏡面不會發生光電效應激發光電子的話)鏡面會越來越熱.但是不用擔心,你只是在用手電筒的功率加熱鏡面,是不會被熱死的. 因為反射和散射的比率這麼之高,人眼看到的景象會是非常的亮:所有角度都是手電筒直射的效果


想想都要吐


我以前也想過這個問題,一開始我憑直覺猜估計是哈哈鏡效果,後來用blender做了個封閉的球面模型,內部表面設為可反射表面(鏡面反射不是漫反射),再在球面內部放了個光源,然後開始渲染。不確定blender的物理渲染可靠性,所以渲染結果我也不知道對不對,渲染結果如下。

幾點說明:

1,圖中的立方體就是我的光源,我不知道如何做點光源,所以就做了個立方體,然後把光打在立方體六個面,每個面形成一個圓形光斑

2,光源立方體以外的背景部分都是封閉球面內部,攝像機亦在球面內部

3,球面內部反射次數n可調,n越大渲染時間越長,當然結果也越精細,我當時是用筆記本跑的,n沒有設很大

4,貌似blender裡面只可以設反射次數,我忘了有沒有反射衰減設置(也許有),這幾個圖是一年多前做的了

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1)光源在球心,球面反射次數n=2

2)光源不在球心,球面反射次數n=2

3)下面5張圖都是光源在球心,球面反射次數n=10,只是攝像機在不同角度拍攝

4)反射次數n=10,光源不在球心,攝像機也不在球心

5)光源在球心,反射次數n=50

6)光源在球心,球面反射次數n=100,這時候渲染時間比較長了

7)反射次數n=5,但是我不記得光源位置了,覺得這張最好看

8)最後放上兩種反射次數分別為n=5和n=10的情況,和上面的區別好像是球的直徑比較小,多小我不記得了

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根據這幾個圖我猜測,如果內部反射次數不限且不考慮衰減,在球內部也許會觀察到一片均勻的光斑,加上一個更亮一點的光環(第一次反射進入觀察者眼中形成)。感興趣的可以自己搭一個模型,改變各種參數渲染一下試試看,不知道blender的數學和物理基礎可靠不可靠,但是渲染出來的結果至少還蠻好玩的。

題外話: 最初看到結果的時候,覺得好像置身於星空之中,但是其實知道看到的都是鏡中的世界,現實不過是一個小小的球面內部。想起以前機器貓小叮噹裡面有個長篇就是關於鏡中世界冒險的,當然那裡面鏡中世界和現實世界是一模一樣只是沒有人而已。有時候覺得現實和虛幻就像人的理性和感性,或者再飄渺點,我們的宇宙會不會其實只是一個球面鏡內部的景象呢?借用霍金在《果殼中的宇宙》里引用哈姆雷特那句話:即便我身處果殼之中,仍自以為是無限宇宙之王。嗯,答主濫情了。。。

最後再貼一張一個球在兩面鏡子中的成像渲染

所見,即真實嗎?


理論上一道光在無限的反射中一直亮著,但鏡面的反射不可能百分之百,所以以光速的反射的情況下,即使反射率百分之99.999,也會在瞬息之間變暗了周圍,肉眼無法觀察到任何的光線停留,畢竟只能看到0.033秒延遲的肉眼。


剛好在B站上看見嵐的實驗。。。4分20秒往後就是啦

http://www.bilibili.com/video/av4898092


想到了江戶川亂步的一篇短篇小說

主角把自己封在鏡球里,後來瘋了…………


你應該看到的就是和你手電筒基本相同光強的光

因為光速度很快

所以不管你在什麼地方觀察

從概率上來說 很快所有反射的光線最終都會在很短的時間內進入到你的眼睛

前提是你說球體中的你 只是一個理想狀態的觀察者 沒有實體存在

不過如果你的手電筒和 你的眼睛不在同一個地方

那麼 你可能會損失一部分 永遠不會到達你眼睛的光

不過沒有被你眼球吸收的光 會不斷反射

不過你只要你的眼球沒有移動 你永遠觀察不到

這個能量應該會越來越大 最終應該等於你手電筒發出了多少的光能

不過累計一段時間後 你如果把眼睛移動過去 觀察它 肯定會閃瞎

如果光速很慢

你應該會看到一個忽明忽暗(總體較暗)的世界


坐標:亞特蘭大 high art 美術館

一個碩大的凹弧面,裡面貼滿不規則鏡子,這恰好是對題主問題的模擬。注意,圖中色塊是因為大廳里掛了對應顏色鮮艷的作品,請忽略。

圖中人沒有拿手電筒,但是不影響結論,凹弧面導致物體鏡像左右上下顛倒且模糊,但是只有唯一影像,而非每個碎片獨立成像。假設人持有手電筒點光源,應該還是一個亮點,背景光強時甚至注意不到這種小物件的影像。題主期待鑽石般璀璨的光陣嗎?即使是個球體,內部點亮一個點光源,幾次反射後亮度會明顯衰減,用兩面相對放置的鏡子就能模擬。


物理系的試答一下,這首先取決於你用什麼樣的光源:

如果光源是一個二能級系統,通俗來講就是原子在兩個能級間躍遷發光,比如路燈上常見的黃色鈉燈,那麼光強足夠強之後鈉燈發出與吸收光子的速度會達到平衡(因為兩者對應的是同一個躍遷),光強不會無限大。

如果光源是一個可以實現粒子數反轉的三能級以上的系統,比如激光筆裡面的增益介質,那麼光強是可以到很高的。將增益介質放到兩個鏡子中間,這其實就是激光器最簡單的結構。當然光強不會無限大,會受到更深層次的物理規律的制約。

另一方面,由於光在球形鏡內反射形成駐波,一些波長的光的駐波會自己抵消,另一些會加強,在鏡子完美反射的時候,球形腔內有些波長的光會無法存在,或者說,波長不合適的手電筒可能根本不會發光,或者說發出的光只能是特定波長的。


你自己會把光吸收掉啊。


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