¿Por qué la luz no me mata?

Los fotones individuales son muy pequeños y no tienen mucha energía.
Si junta muchos de ellos en un solo lugar, puede lastimar a alguien, simplemente suministrando suficiente energía para derretir un objeto (pregúntele a cualquier espía en una mesa debajo de un rayo láser).

Hay otra característica muy extraña de los fotones . Aunque muchos de ellos pueden proporcionar mucha energía y calentar un objeto, se necesita un fotón individual de suficiente energía para romper un enlace químico. Entonces, mientras que un solo fotón ultravioleta de alta energía puede romper una molécula en su piel y causar daño, mil millones de fotones visibles de energía más baja que golpean el mismo punto no pueden romper ese enlace único. Aunque juntos transportan mucha más energía, es la energía que se entrega en un solo fotón lo que importa en química.

Afortunadamente, la atmósfera de la Tierra nos protege de los fotones con suficiente energía para romper la mayoría de los enlaces químicos.

Tengo una respuesta algo no física para ti. Si me permite ampliar un poco su pregunta a "¿por qué la luz no mata o hace que toda la vida en la Tierra sea imposible?", la respuesta es que la Tierra se encuentra en lo que llamamos " la zona habitable ".

Si el Sol produjera tanta luz o luz a energías tan altas que te mataría, también calentaría tanto el planeta que el agua líquida no sería posible. En este caso, probablemente sea razonable argumentar a través del " principio antrópico " que vivimos en un planeta en la zona habitable porque, de lo contrario, no existiríamos para hacer tales preguntas. Tenga en cuenta, por supuesto, también que hemos definido la zona habitable en función de nuestros propios parámetros de vida, por lo que aquí hay una definición un poco circular.

Esta pregunta es más interesante de lo que pensé al principio. Me gusta. Hay varias partes diferentes para responder a esta pregunta; Solo aportaré un par que tienen algo en común: nuestros cuerpos (y todo lo demás, no tiene nada que ver con los cuerpos) también emiten fotones tan rápido como los absorben.

En la escala macroscópica/térmica, tenemos radiación de cuerpo negro . A través de la radiación de cuerpo negro, toda la materia emite un espectro continuo de radiación. La distribución de este espectro depende principalmente de la temperatura del objeto. Esta es la razón por la cual los objetos que se colocan en el fuego parecen brillar en rojo, ya sean madera, metal o rocas. Nuestros cuerpos también emiten radiación de esta manera, pero a nuestra temperatura, este espectro está en el rango infrarrojo, por lo que no es visible (para los humanos , las serpientes pueden ver el calor corporal ).). Dado que todo absorbe y emite fotones de esta manera, existe un equilibrio en el que recibimos tanta energía térmica como la que perdemos, aunque eso es solo en un entorno en el que todo está en equilibrio. Las cosas calientes como el sol y las luces incandescentes pueden alterar esto, por lo que hace calor al salir... o al estar bajo una lámpara de calor. De todos modos, no te preocupes por llenarte con demasiados fotones, te dejan igual de rápido.

En la escala microscópica, tenemos el fenómeno difícil de deletrear de la fluorescencia . Cuando un átomo absorbe un fotón de alta energía, parte de su energía puede volver a emitirse como un fotón de menor energía. Por supuesto, esto no sucede siempre, y no sé si sucede mucho en nuestros cuerpos. Depende de las propiedades del material. Ahí es donde obtenemos luces y pigmentos fluorescentes y detergentes para ropa: los fabricantes de detergentes en realidad incluyen pigmentos fluorescentes en sus productos para que la ropa emita más luz visible de la que debería físicamente al absorber la luz ultravioleta y reemitirla en el rango visible. De todos modos, aunque no estoy seguro de si ese principio en particular te salva de la atomización, vale la pena recordar que no todos los fotones que te golpean se quedan ahí.

Entonces, en conclusión, aunque la energía que la luz trae a nuestros cuerpos (ya la tierra) es sustancial (imagínese si no hubiera sol, ¡la radiación es importante!), No vamos a llenarnos de fotones hasta reventar. Estamos en equilibrio.

Un fotón general no es demasiado peligroso. La mayoría de los fotones que encontramos tienen el poder de calentar nuestros cuerpos y no mucho más. El calor que absorbemos de los fotones diariamente no es mucho, por lo que rara vez es un problema.

Ahora, una cosa interesante acerca de los fotones es que dos fotones de menor energía no forman un solo fotón de mayor energía (frecuencia). Entonces, un millón de fotones visibles aún no tendrán el mismo efecto que un solo fotón ultravioleta. Por ejemplo, si un determinado enlace químico requiere que se rompa un fotón UV, dispararle muchos fotones visibles no funcionará.

Los fotones ultravioleta tienen la capacidad de mutar el ADN y otras moléculas esenciales. Demasiado, y es probable que tenga cáncer de piel. Nuestros cuerpos están sintonizados para poder lidiar con una pequeña cantidad de radiación UV (que experimentamos a diario), por lo que generalmente no es un problema. Si planea estar al sol, el protector solar lo ayuda a mantenerse doblemente seguro.

Los fotones gamma atraviesan la piel y afectan a otras moléculas dentro de nuestro cuerpo. Una vez más, nuestros cuerpos pueden lidiar con una pequeña cantidad de radiación gamma, pero si se trata de un rayo potente (aparte del sobrecalentamiento), muchas sustancias químicas esenciales de nuestro cuerpo se descompondrán en fragmentos (posiblemente tóxicos).

El campo magnético no es tan eficaz para impedir la entrada de fotones ¹ , pero la atmósfera de la Tierra impide la entrada de la mayor parte de la radiación UV/gamma. Los astronautas en el espacio necesitan filtros especiales en sus trajes espaciales (y en sus transbordadores) para evitar ser quemados por los rayos cósmicos.

^{1 El campo magnético y la atmósfera impiden que los componentes cargados de los rayos cósmicos, como los muones de alta velocidad y varios hadrones, entren (el efecto combinado provoca las auroras). Estos (y sus productos de descomposición) tienen la capacidad de causar bastante daño si salen a la superficie sin obstáculos.}

Un fotón visible tiene una cantidad ridícula de energía para dañarnos: aproximadamente$2\times10^{-19}$Julios. Eso es aproximadamente 50 000 000 000 000 000 veces más pequeño que la energía de una gota de lluvia que cae sobre tu cabeza (0,01 julios). Pero en un segundo, un rayo de luz solar del tamaño de una gota de lluvia envía$10^{17}$fotones que lo hace tan poderoso como una gota de lluvia.

Un rayo de luz solar o las gotas de lluvia tienen básicamente el mismo poder. Ambos están hechos de "partículas" (fotones o moléculas de agua) que interactúan con las moléculas de nuestro cuerpo una a una. Un fotón puede interactuar con una molécula aproximadamente, pero eso no es suficiente para causar daño. Cuando las moléculas del cuerpo son golpeadas muchas veces, pueden comenzar a moverse y calentarse. Eso es lo que causaría una quemadura de sol. Es solo una cuestión de cantidad. Agregue 100 o 1000 veces más fotones por segundo provenientes del sol, y podría comenzar a quemarse...