我白天把光装进袋子里，为什么晚上打开袋子里面的光就不见了？ 第1页

太长不看版：

1. 选用特定的材质——长余辉材料（夜明珠），可以使得夜晚照样能发光；还记得本科时，这就是我们无机化学实验中的一节。无机化学实验是分批做的，我和一个室友先做，而另外两个室友下周才做。当我们做完这个实验时，老师让每人留下一些给他们做光谱测试，剩下的可以自己带回宿舍。于是我们就将样品装在透明的样品袋里，然后晚上睡觉前我们就扔在桌上后，上床睡觉了。结果有个还没做这个实验的室友，半夜起来上厕所时，被我们桌上的绿光给吓到了。
2. 但是上述方法并不是直接储存的光子，而是电子被激发到了trapped state，之后再逐渐发光释放能量。——相当于是将现货转化为了期货。
3. 实际上，光子是粒子数不守恒的，会实时与容器壁发生相互作用，所以单纯的光子是没法被储存的。但是，可以储存含有光子成分的准粒子——比如Polariton；或者像1.中所说的方法，转化成电子的能量。关于3. 的具体讨论可见下面这个回答。

Phosphates：想请教一下各位，光是可以通过一种容器直接储存吗，我好像发现了什么 光线照射一个容器，容器吸收光？

光子无法被储存，因为光子数不守恒

光子这玩意儿，在统计力学中有个与其他物质非常不同的性质——光子的化学势为0，所以光子数不守恒！

这是因为光子会和容器壁发生相互作用，下面举一个例子。比如容器壁中肯定会有电子，光子可以激发电子到一个更高的能级从而被吸收；出于高能级的电子也可以跃迁回来从而释放出光子。另外，一个较高能量的光子可以激发电子从基态0到激发态3，但是从激发态3跃迁回来时，可能释放1个光子（直接3->0），也可能释放2个光子（3->2->0），也可能是3个或者4个。所以显然光子数是不会守恒的。因此，绝对100%反射率的容器壁是不可能存在的，因为一定会与光子发生相互作用的。

对于粒子数守恒并且存在粒子间作用力的物质，你总能通过各种方式试图获得凝聚态——你可以通过加压以减小粒子间距离，并且降温以降低粒子的热运动使得吸引力呈主导，最终你能获得凝聚态。但是对于光子这种粒子数不守恒的，如果你加压的话，容器壁就吸收了光子，从而不会剩下多少了。

可能有些人会希望通过磁约束来避免容器壁与光子的直接接触。但是很遗憾，光子不带电，所以无法使用磁约束。

什么是长余辉材料？夜明珠是如何发光的？

长余辉属于一种光致发光。我们一般听说的光致发光包括荧光和磷光。

所谓荧光，当分子吸收入射光的能量后，其中的电子从基态 （假设是单线态，绝大多数情况）被激发到了单线态激发态 ，随后经由非常快的（短于 秒）内转换过程无辐射跃迁至能量稍低的单线态激发态 ，最后再释放光子回到基态 。通常荧光的持续时间很短，因为每一个过程都是瞬间完成的。一旦光源停止，几乎瞬间停止发光^[1]。

所谓磷光，如果当激发到单线态激发态 ，并内转换到 后，如果此时发生系间跨越（intersystem crossing）过程无辐射跃迁至能量较低且具有不同自旋多重度（一般为三线态）的激发态 ，随后内转换到 ，最后释放光子回到基态 。随后从 回到 在热力学上是有利的，但是由于这是从三线态到单线态的转变，在跃迁选择规则上是禁戒的，所以需要较长的时间来完成——一般可以长至数小时。所以如果你有磷光材料的话，也是可以用来延迟发光的^[2]。

（在以上的讨论中， 和 的存在不是必需的，如果不方便理解的话可以自行略去）

而长余辉材料与上述两种都不太相同——夜明珠就是用的这种发光方式。根据维基百科介绍，目前长余辉材料的发光机理尚未完全研究透彻，但是我们知道的是，它其中涉及到电子的trapped state，类似于energy trap。最后发光的方式类似于荧光过程，但是延迟时间又类似于磷光过程^[3]

比如在一种长余辉材料 中^[4]，就是 的电子先被激发，然后能量被转移给 使得其电子处于trapped state。之后就会逐渐释放能量从而发光——在黑夜之中能清晰可见。但是此时你并不是将光子直接储存在了容器之中，而是将其转化成了电子的能量，之后再缓慢释放出来——相当于是将现货转化成了期货。

还记得这就是北京大学化学学院无机化学实验课上的一门实验，当年我们也制备了这个材料。无机化学实验是分批做的，我和一个室友先做，而另外两个室友下一周才做。我们做完这个实验，老师让每人留下一些给他们做光谱测试，剩下的可以自己带回去。于是我们的样品就装在样品袋里，然后睡觉前我们就扔在桌上，然后上床睡觉了。结果有个还没做这个实验的室友，半夜起来上厕所时，被我们桌上的绿光给吓到了。

参考

1. ^ https://en.wikipedia.org/wiki/Fluorescence
2. ^ https://en.wikipedia.org/wiki/Phosphorescence
3. ^ https://en.wikipedia.org/wiki/Persistent_luminescence
4. ^Yan-Zi Ma,* Li Jia, Kai-Guo Ma, Hai-Hong Wang, and Xi-Ping Jing; Journal of Chemical Education https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jchemed.6b00211

就是袋子的材质不行。

普通材质的袋子是可以吸收光子的。所以呀，你白天装进袋子的光都被吸收转化成热能了。

那什么样的袋子可以光呢？需要内部反射率是100%的材质做成的袋子才行。

反射率是99.999%甚至是10个9都不行哦...

是这么推算的：

假定是内径是10 cm的袋子，那反射一次的时间间隔是（0.1m/光速 ）3.3*10^-10s。从白天到晚上假定是4个小时，那么，光在袋子里反射 4*3600 = 次。

如果反射率是10个9，那最后保存下来的光就是： <

而你一袋光子有多少啊？如果太阳光光能是1400W/m^2，频率是5*10^14Hz的单色光，

100平方厘米的面积每秒接收到的光能为

E=(1400W/m^2)*(100*10^-4m^2)*1s=14J

光子数=E/(hv)=14/（ ）= 4*10^19 个

所以，就算是照4个小时只装不漏，也只不过10^23个光子。完全不会留下一个...

而且，反射率这么高的材料，肯定需要水滴那样的黑科技...

不过，就算有这样的水滴袋子，要“见”从保留下来的光子也不能指望你的眼睛哦。如此数量有限的光子，远在人类视网膜的探测阈值以下。

你需要的时单光子计数器...

好诗！

我白天把光

装进袋子里

为什么晚上

打开袋子

里面的光就

不见了

咳咳，认真点。不然给你折叠了。

简单地说，因为没有反射率100%的反光材料，而光速超快，装进袋子的光（子）在袋子里来回碰撞，瞬间就被袋子吸收光了，远等不到晚上就没了。