激光能射到海底吗?

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13个答案
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LePtC物理学博士生

2013-12-24 18:00

最近不务正业地写了很多吐槽体、鸡汤体、知乎体 的回答 = =
这样不好... 大圣诞节的,还是赶紧来一篇 what-if 吧~

其实这是一个很有现实意义的问题哈,题主是想挑战用光来进行水下无线通信吧~[1]
现实是呢,电磁波在水中有很大的衰减,不像空气中可以传那么远哦
海水密度随深度的变化不到千分之三[2],由于我们是估算,就把海水当均匀介质吧
已知光强在均匀介质中衰减规律符合比尔-朗伯定律
α是光在海水中的衰减系数,不同波长的光的衰减系数见下图[4]


我们发现波长在400nm左右的光穿透力最强,
我们把场景取在开阔的公海,因为光在靠近海岸线的海水中穿透的比较浅[5]

在可见光中,蓝色波段传播最深[6],深度约为200m,这200m叫作透光层[7]
超过200m的叫作深海,因为光强已不足以进行光合作用[8],深海的分层如下:

假设我们只是把自然光的光强增强,取普通晴天的自然光强为 10^5W/m²[10]
我们初步的目标是把1000m的深度照到晴天自然光的强度~
设入射光强为 I ,深x处光强为 ,要使 ,则
那么光强需增强约8100倍,功率密度为 8.1×10^4 W/cm²
这也不难实现嘛,现在用于激光切割的激光器功率都能达到10^6 W/cm²[11]
这个能量量级在非线性光学的领域了,YAG激光器经过倍频波长为532 nm[12],在蓝色附近哈

OK,接下来我们把目标放高点,把4000m的深度照到晴天自然光的强度~
那么光强需增强约 4.3×10^15倍,功率密度为 4.3×10^16 W/cm²
哎,这一下子就玩脱了呢
我们要请出美国国家点火装置(NIF)了[14],他能实现这个能量量级的短暂紫外脉冲[15]
(然后呢?)
额,你先玩着,我躲远点...

然后海水就被你点着了 = =
@Toxinor 告诉我这里还要设定为还没产生等离子体,等离子体的吸收系数比水又大了一万倍[16]
还好脉冲的时间很短,聚变不会持续下去...

我们没有更高能量的光源了...
(有啊,阿狸你忘啦,咱们之前做过一套戴森泡呢[11]
你这孩纸不作死就不死心么!来来来,所有背阳组戴森泡对准公海洋面!
功率为 10^11 W/cm²的光线源源不断地输入大气层,半径200km的洋面开始剧烈沸腾
地球君立刻启动生物圈强大的负反馈来反抗,大量水蒸气形成浓密的云,将阳光直接反射回太空



阿狸导演:继续照不要停,等我们把海水都蒸干了,就能照到海底了...

经过几个世纪的斗(zhe)争(teng)之后,我们终于把地表大部分液态水蒸发掉了...
虽然已经没有液态水了,但地球表面现在覆盖的是厚厚的水蒸气大气,遮天蔽日
然而水蒸气的衰减系数远小于液态水,下图红色的是水,蓝色的是冰,绿色的是水蒸气[17]
我们观察0.4μm附近的一个极小值,,比蓝色光在水中小了两个数量级

戴森泡的光芒将射穿300km的水蒸气层,一直照进曾经海平面以下10km马里亚纳海沟

。。。。。。

。。。。。。

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参考资料:

[1]维基百科-水下通信
[2]Density of Ocean Water
[3]维基百科-比尔-朗伯定律
[4]Single-bubble Sonoluminescence
[5]Light in the Deep Sea
[6]Structureof the water column
[7]维基百科-深海
[8]NOAA-Ocean Facts
[9]Glowing deep sea creatures photographed by Joshua Lambus
[10]维基百科-日光
[11]如果造一面大镜子反射太阳会怎么样
[12]Wikipedia-Nd:YAG laser
[13]上海光源-光源概况
[14]维基百科-国家点火装置
[15]快点火的研究进展与展望
[16]Plasma Absorption of Femtosecond Laser Pulses in Dielectrics
[17]Wikipedia-Electromagnetic absorption by water
[18][What if]第13期-如果地球上所有人同时用激光笔指着月亮

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海底有什么可看的,不就是海绵宝宝和派大星吗?

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支持者: Helloox

不能……因为楼上的运算已经证明了……蒸干之后这么做还是不能不解释……

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支持者: 乌糖 哥白尼胶布

这类问题是不是先准备答案再提问的...

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答案很明确,就是照不到,除非能量大到把大海都对耗掉,可是已经失去问题最初意义了

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朋友,为什么非要纠结可见光?
r射线不可以吗

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我想知道的是,用上点火装置照的时候,是不是可以吃到想想的烤鱼了。

1 2

假如是能量很强的激光就可以啊,不然的话会逐渐消耗殆尽的

1 4

有散射,有损耗,功率足够大的话可以射穿地球,啊哈哈哈

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