光为什么能穿透固体玻璃,为何光线能穿透玻璃

首页 > 经验 > 作者:YD1662022-11-06 12:25:32

工匠利用玻璃体的特性吹制玻璃器皿

准晶体是1982年新发现的金属互化物,它既不是晶体也不同于非晶体。

光子能“穿过”固体吗?

我们透过玻璃看见阳光、看到窗外的风景,自然会认为光线是穿过了玻璃才照射进来。这似乎是个常识性问题,连幼儿园的小朋友都知道的。

问题是:眼见一定为实吗?

光子很小,它是玻色子。如果把光子比作小绿豆,原子之间的空隙以及原子内部的空间就如同大广场一般,似乎可以任意穿越。但有一个问题,光同时还是波,它是有波长的

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量子力学中的行波函数波长

我们知道,人眼可见光的波长大约在380~780nm之间,其频率范围大约为4.2×10^14~7.8×10^14Hz。固体原子核周围的空间其实并不大,因为电子在原子核的外围并非老老实实呆在某个位置,它们会以电子云的形式存在;原子间化学键的长度基本上在0.05nm以下;同时固体的厚度也远超过可见光的波长。因此相对于可见光的波长来说,无论是玻璃还是砖头,留给它的缝隙都太小了,因此光子在穿越固体的时候不可避免地会撞到粒子上。光子撞击粒子会有三个结果:反射、散射或被“吸收”。光子的命运一方面取决于光子自身的特性,同时也取决于固体材料中粒子的特性。

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电子很小,但它似乎无处不在

答案是:我们看到的透进来的光,跟窗外的光,它可能不是同一个光子

光是怎么透过固体的?

在原子最外层的电子中总有几个价电子比较活跃,它们容易跟外界发生作用。一旦携带着能量的光能量子进入到电子的运行轨道,它就可能与这些价电子发生耦合

在晶体中,原子或分子是按一定的规律排列在晶格上的,因此原子间有相互作用;原子并非是静止的,它们总是在相对固定的位置上不断的振动。因此晶体原子的振动不是彼此独立,它可以通过原子之间的作用力相互影响,这种影响类似一种弹性力,因此晶体存在“弹性波带隙”。物理学家将这种量子化了的弹性波的最小单位称为“声子”,声子其实是一种“准粒子”,它是为了便于分析问题而创造的一类概念,并不代表真有这种东西。声子是玻色子,它也可以与光的能量子发生耦合

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光子与宏观金刚石集体振动模(声子)量子纠缠的示意图

光子通过与电子和声子进行耦合,从而在固体中进行传输。但这个时候的光子已经不再是光子了,它是一种全新的耦合态。这种耦合态不仅携带了光子的信息,它还与固体本身的属性相关,不同的固体,它的电子和声子的属性不同,它们携带信息的能力及方式也会产生差异。于是我们看到有些固体对某些频率的光不透明,某些频率的光折射率更高。

当这种耦合态到达出射面时,它会解开耦合态,向外发射一个光子。这个光子所携带的信息与之前射入固体的光子信息非常相似,于是我们会觉得这似乎就是之前的光子。但实际上这是个不同的光子。

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