03.05 光透過玻璃是光子穿過實體嗎?

風吹錘子響叮噹


題主的問題貌似簡單,可要講得清楚,卻並不容易。我們得展開一些知識點,其中涉及到電磁學以及量子力學,才能說得透徹。不過請放心,我並不打算使用數學公式說明問題。

什麼是光

我們首先要感謝麥克斯韋,通過麥克斯韋方程組,我們可以清楚的知道,光也是電磁波的一種。具備電磁波的所有基本特性。

而樓主的提問只說到光,其實概念是非常籠統的哦,要知道按照科學的理解的話,那這個“光”範圍就太大太大了——包含了全部頻段的電磁波!

問答的篇幅所限,我們就把範圍限制在可見光之內吧,至於紫外光、紅外光、乃至X射線之類的,需要的同學留言給我,我們另文再敘。

可見光,是波長介於390納米到750納米之間的電磁波。而通常意義上,穿過玻璃的光,也就是人眼可見的光,就在這個範圍之內,低於或者超出的部分,大家就只能當個睜眼瞎啦。

什麼樣的實體能擋住光

自然界中,我們看到的實體有千千萬萬之多,我們今天只提煉其中最具代表性,同時也是覆蓋面最大的三種來說明情況。分別是玻璃、金屬以及非均勻材質物質。

大家根據經驗可以瞬間就做出判斷,光只能透過玻璃,而對於金屬和非均勻材質物質,則是無法穿過的,也可以認為,金屬和非均勻材質物質是不透明的。

因為量子力學告訴我們,絕對物質對光的作用的因素很多,但最基本的,我們可以認為是電子結構玻璃的電子結構,導致它的電子無法吸收可見光,所以光可以直接穿透而去,所以我們稱之為透明。

金屬的電子結構與玻璃等物質有很大的不同,作為導體,它們存在著大量可以到處亂跑的自由電子,這些自由電子構成一片電子海洋,可以有效的反射電磁波,所以金屬表現出的物理光學特性為良好的光線反射效果。

非均勻材質物質,是大量小顆粒的雜亂堆砌,對光的影響以無序散射為主,外在表現就是不透明。例如石頭、木材、人體等等。

光如何穿透玻璃

很多同學提到光的波粒二象性,其實,無論是將光視作電磁波還是一個個光子,在穿透玻璃時,都可以用量子力學做很好的解釋。


首先是玻璃這種物質,它的電子結構並不吸收光子。當光視為一個個光子穿越玻璃時,光子在玻璃中可以反覆的碰撞前進,卻不損失能量,因此的確可以理解為光子穿透了玻璃這個實體。

而當把光視為電磁波時,我們剛才也解釋了,玻璃具有極低的光吸收率,而且它的表面光滑,則光波將可以穿透玻璃。

結語

光的確是一個神奇的存在。


貓先生內涵科普


光能透過玻璃,我們知道,光線是由無數光子組成,玻璃是實體,所以可以說是光子穿過實體。但光能透過玻璃這種實體,並不代表它就能穿過一切實體。我們還要具體問題具體分析的。


光子作為一種實物粒子,它能透過玻璃,那是因為玻璃這種物質表面上作為一種介質,雖然對光子有阻礙作用,但其反射作用並不像其它物質那麼大,它的反射力是非常小的,所以說大部分的光子就能進入玻璃,穿透玻璃。

但並不是說所有的光子都能穿透玻璃的,總有一部分光子會被阻擋在外面無法進入,所以說我們會感覺在玻璃裡面沒外面光線強烈,那是因為有些光子被擋在外面了。



我們在日常生活中,會發現,往往光線容易穿過的實體,或者說是那些反射作用較小的實體都是透明性較好的(比如玻璃和白紙等)。而對於那些不透明的物質,光線卻是無法穿過的,那是因為所有的光子都被這些物體給擋在外面了,說到底,就是這些物體內原子的排列足夠“密集堅硬”,阻止了光子的前進,把它們給“拒之門外”了,又反射了回去。所以光線也就無法穿過這些不透明的物體了。


阿菜科普


光透過玻璃是光子的確穿過實體。

一般來說,再緻密的物體都是由原子所組成,而對於光子來說,原子的內部世界是極其廣闊和空曠的,原子核和電子的體積加起來僅僅只有原子體積的數千億分之一,所以原子內部基本是空的,當然光子可以穿過,並且到目前為止還沒有科學證據能夠證明原子核和電子就不能被光子所穿過,所以,一切物體都能夠被光子所穿過才是正常的。但是實際中,的確存在光穿透不了的物質,下面我們就來分析一下:

要想知道光透過玻璃是不是光子穿過實體,我們就需要了解決定一個物體能被光子穿過需要具備哪些條件。

如果一種物質它的顆粒尺度剛好,內部既沒有自由電子,又沒有容易激發的電子,那物質就可以通過光子。

一.顆粒尺度

比如“水蒸氣”作為氣體是能夠讓光子穿過的,但是濃重的“水蒸汽 ”就不能被光穿過。這是因為濃水蒸氣已經形成小水滴,顆粒尺度變大,把光線都散射掉了,所以光子不能透過。

二.自由電子

光子不能穿過導體和金屬是因為金屬內部有大量的自由電子,這些電子會很好的反射光波。而且金屬的電子在吸收光的能量躍遷以後,又會迅速的跌落到原來的能級,再釋放出一些光子,所以光子失去能量穿過不了導體和金屬。

3.是否處於激發態

比如含有苯環或者其他有機或者無機大分子的,分子激發態能級恰好對應可見光能量,就會強烈吸收光子,導致穿透不了。

綜上所述:光子能夠穿過玻璃的原因是由於玻璃的主要成分是二氧化硅,既沒有遊離的電子,分子激發態能級又不處於可見光的範圍,也沒有複雜的散射光顆粒、吸收光的空隙,所以光子確實是能夠透過玻璃的。

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科學探秘007


光透過玻璃是光的光束,光束中的光子停止運動,光子見物即死,不可再生。可做試驗:將紙條以條紋式貼在玻璃上,過幾天撕下白紙條,可見“雙縫”條紋。附圖放大一萬倍的光束。



聊天選手九段


光透過玻璃是電磁波穿過實體玻璃。光透過玻璃速度變慢,出來後回到真空速度又恢復變快。說明什麼問題呢?說明光只能是電磁波,不是光子,如果光是光子,為什麼穿過玻璃後速度慢了不保持住呢?是什麼力量使光子恢復快速度呢?我們認為光一直在真空中傳播,玻璃是實體但原子核和電子佔據的體積非常之小,光在玻璃中傳播可以是在真空中傳播,在玻璃中原子核縫隙之間的真空傳播,但路線曲折了,增加了行程,所以光在玻璃中傳播速度整體上是慢了許多。其實速度不變,從玻璃出來後又是真空中的速度,電磁波的速度,不是光子的速度。


cx1944


用波函數來描述光子這樣的微觀粒子比較好,波函數模的平方就是光子出現概率高的地方,在真空中,波函數模的平方在一條直線上出現極大值,所以真空中光沿直線傳播。在介質(如玻璃)中,光子的能量被介質原子(離子、分子等)吸收,同時,介質原子(離子、分子等)躍遷到高能級上,它有一定概率再釋放光子,整個過程是個動態平衡的過程,總的效果是波函數模的平方在穿透玻璃的地方出現極大值,就這樣,光子跑到了玻璃的另一面,也就是光子本身穿透了玻璃。同時,如果你解了一些量子電動力學的方程後,會發現波函數模的平方極大值出現的地方與幾何光學(折射定律、反射定律等)相一致。如果介質原子(離子、分子等)躍遷到高能級上,再釋放光子的概率很小,最後介質另一面波函數模的平方几乎為零,那這個介質就是象黑紙那樣的不透明物質。

所以,可以理解為光子本身穿過了玻璃這個實體,也可以理解為是光子從玻璃這種結構的介質的縫隙中穿過去的。假設把這個介質換成水等等其他介質都是一樣的。


米立子菌


光的傳輸本質上是一個生滅相繼的過程。光量子在甲地渙散為虛粒子,其波函數概率於乙地聚合虛粒子重生為光量子。這個生滅過程的時空長度均為普朗克常數。所謂虛粒子,也可以理解為文小剛教授的量子比特。

穿透玻璃的過程與此類似。


笑嘻嘻吃酒


不是的,光在介質中傳播,並不同一個光子穿過整塊玻璃。而是光子與介質作用,光子激發介質中的電子後湮滅,被激發的電子又會返回到原來的軌道,同時又釋放新的光子,就這樣週而復始,直到最後一個光子從玻璃中跑出來。


時代霧評


粒子,每時每刻都有大量的高能粒子穿透地球,光不算是高能粒子,所以只能穿透玻璃。


用戶7064022603756


光能量通過玻璃介質振動傳播。


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