自然界太神奇了,当你细心观察,你会发现这个世界真的很奇妙。世间的一花一草、一事一物,都充满着各种不可思议的奥妙。
光线是一种看得见,摸不着的东西。说它轻,没有重量,但它几乎无处不在;说它重,但随随便便一块布条、一片树叶便能挡住。
不过大自然总是很神奇的,一块布条、一片树叶都能挡住的光线,为什么一块硬度更高、厚度更厚、重量更大的透明玻璃,却挡不住光线呢?
大玻璃窗
如果仅从宏观去观察,这将永远是个神奇的不解之谜。但从微观的角度看,内部却另有乾坤,它能清楚地揭露玻璃挡不住光线的原因,这也就是科学的魅力所在。
在微观世界里面,任何物质的内部都变得无限宽大,如同我们仰望浩瀚宇宙。在原子内部,电子围绕原子核旋转,跟宇宙中行星围绕恒星转动很类似。
电子围绕原子核旋转
就以我们太阳系而言,太阳占据了整个太阳系总质量的99.86%,而一个电子质量大约也相当于原子核质量的万分之3。不过即便如此,电子的质量仍比光子大得多(光子有动态质量)。
因此,光照射到物质上,在微观世界看来,是无数光子撞击到原子核、电子上面,能量就会被吸收(自由电子发生跃迁)。另外一部分没有第一次被吸收,就会在众多的原子核、电子之间反弹,其能量及数量不断减少,最终全部被吸收而无法穿透物体。
宇宙中星系旋转
你想得没错,能量是守恒的,不会无缘无故地消失。吸收了光子的物质往往会发热,或者性能变得不稳定,就是这个原因。
那为啥透明玻璃不能挡住光线呢?
原因很简单,因为玻璃的二氧化硅结构里既没有自由电子(不能导电),又没有容易激发的电子,并且结构非常紧密,所以难以吸收光的能量。
高能激光
没有了乱跑的电子阻挡,并且光子非常微小,所以透明玻璃就挡不住光线,被它轻松穿越了。
不过普通玻璃并非完全不吸收(或反射)光能量,只是能量比较少,你细心留意,就会发现穿过玻璃后的光线其实要比原来的弱。
另外,严谨地说,穿过玻璃后的光线并非原来的光线了,这是因为光在玻璃内部发生了散射次波。根据微观粒子振动的固有频率不同,次波也呈现出不同的散射特性。
伽马射线暴
最后拓展一下,X光和伽马射线也是光的一种,但它们就可以穿过一定厚度的不透明物质,这是因为它们频率很高,本身拥有巨大能量。