03.05 光透过玻璃是光子穿过实体吗?

风吹锤子响叮当


题主的问题貌似简单,可要讲得清楚,却并不容易。我们得展开一些知识点,其中涉及到电磁学以及量子力学,才能说得透彻。不过请放心,我并不打算使用数学公式说明问题。

什么是光

我们首先要感谢麦克斯韦,通过麦克斯韦方程组,我们可以清楚的知道,光也是电磁波的一种。具备电磁波的所有基本特性。

而楼主的提问只说到光,其实概念是非常笼统的哦,要知道按照科学的理解的话,那这个“光”范围就太大太大了——包含了全部频段的电磁波!

问答的篇幅所限,我们就把范围限制在可见光之内吧,至于紫外光、红外光、乃至X射线之类的,需要的同学留言给我,我们另文再叙。

可见光,是波长介于390纳米到750纳米之间的电磁波。而通常意义上,穿过玻璃的光,也就是人眼可见的光,就在这个范围之内,低于或者超出的部分,大家就只能当个睁眼瞎啦。

什么样的实体能挡住光

自然界中,我们看到的实体有千千万万之多,我们今天只提炼其中最具代表性,同时也是覆盖面最大的三种来说明情况。分别是玻璃、金属以及非均匀材质物质。

大家根据经验可以瞬间就做出判断,光只能透过玻璃,而对于金属和非均匀材质物质,则是无法穿过的,也可以认为,金属和非均匀材质物质是不透明的。

因为量子力学告诉我们,绝对物质对光的作用的因素很多,但最基本的,我们可以认为是电子结构玻璃的电子结构,导致它的电子无法吸收可见光,所以光可以直接穿透而去,所以我们称之为透明。

金属的电子结构与玻璃等物质有很大的不同,作为导体,它们存在着大量可以到处乱跑的自由电子,这些自由电子构成一片电子海洋,可以有效的反射电磁波,所以金属表现出的物理光学特性为良好的光线反射效果。

非均匀材质物质,是大量小颗粒的杂乱堆砌,对光的影响以无序散射为主,外在表现就是不透明。例如石头、木材、人体等等。

光如何穿透玻璃

很多同学提到光的波粒二象性,其实,无论是将光视作电磁波还是一个个光子,在穿透玻璃时,都可以用量子力学做很好的解释。


首先是玻璃这种物质,它的电子结构并不吸收光子。当光视为一个个光子穿越玻璃时,光子在玻璃中可以反复的碰撞前进,却不损失能量,因此的确可以理解为光子穿透了玻璃这个实体。

而当把光视为电磁波时,我们刚才也解释了,玻璃具有极低的光吸收率,而且它的表面光滑,则光波将可以穿透玻璃。

结语

光的确是一个神奇的存在。


猫先生内涵科普


光能透过玻璃,我们知道,光线是由无数光子组成,玻璃是实体,所以可以说是光子穿过实体。但光能透过玻璃这种实体,并不代表它就能穿过一切实体。我们还要具体问题具体分析的。


光子作为一种实物粒子,它能透过玻璃,那是因为玻璃这种物质表面上作为一种介质,虽然对光子有阻碍作用,但其反射作用并不像其它物质那么大,它的反射力是非常小的,所以说大部分的光子就能进入玻璃,穿透玻璃。

但并不是说所有的光子都能穿透玻璃的,总有一部分光子会被阻挡在外面无法进入,所以说我们会感觉在玻璃里面没外面光线强烈,那是因为有些光子被挡在外面了。



我们在日常生活中,会发现,往往光线容易穿过的实体,或者说是那些反射作用较小的实体都是透明性较好的(比如玻璃和白纸等)。而对于那些不透明的物质,光线却是无法穿过的,那是因为所有的光子都被这些物体给挡在外面了,说到底,就是这些物体内原子的排列足够“密集坚硬”,阻止了光子的前进,把它们给“拒之门外”了,又反射了回去。所以光线也就无法穿过这些不透明的物体了。


阿菜科普


光透过玻璃是光子的确穿过实体。

一般来说,再致密的物体都是由原子所组成,而对于光子来说,原子的内部世界是极其广阔和空旷的,原子核和电子的体积加起来仅仅只有原子体积的数千亿分之一,所以原子内部基本是空的,当然光子可以穿过,并且到目前为止还没有科学证据能够证明原子核和电子就不能被光子所穿过,所以,一切物体都能够被光子所穿过才是正常的。但是实际中,的确存在光穿透不了的物质,下面我们就来分析一下:

要想知道光透过玻璃是不是光子穿过实体,我们就需要了解决定一个物体能被光子穿过需要具备哪些条件。

如果一种物质它的颗粒尺度刚好,内部既没有自由电子,又没有容易激发的电子,那物质就可以通过光子。

一.颗粒尺度

比如“水蒸气”作为气体是能够让光子穿过的,但是浓重的“水蒸汽 ”就不能被光穿过。这是因为浓水蒸气已经形成小水滴,颗粒尺度变大,把光线都散射掉了,所以光子不能透过。

二.自由电子

光子不能穿过导体和金属是因为金属内部有大量的自由电子,这些电子会很好的反射光波。而且金属的电子在吸收光的能量跃迁以后,又会迅速的跌落到原来的能级,再释放出一些光子,所以光子失去能量穿过不了导体和金属。

3.是否处于激发态

比如含有苯环或者其他有机或者无机大分子的,分子激发态能级恰好对应可见光能量,就会强烈吸收光子,导致穿透不了。

综上所述:光子能够穿过玻璃的原因是由于玻璃的主要成分是二氧化硅,既没有游离的电子,分子激发态能级又不处于可见光的范围,也没有复杂的散射光颗粒、吸收光的空隙,所以光子确实是能够透过玻璃的。

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科学探秘007


光透过玻璃是光的光束,光束中的光子停止运动,光子见物即死,不可再生。可做试验:将纸条以条纹式贴在玻璃上,过几天撕下白纸条,可见“双缝”条纹。附图放大一万倍的光束。



聊天选手九段


光透过玻璃是电磁波穿过实体玻璃。光透过玻璃速度变慢,出来后回到真空速度又恢复变快。说明什么问题呢?说明光只能是电磁波,不是光子,如果光是光子,为什么穿过玻璃后速度慢了不保持住呢?是什么力量使光子恢复快速度呢?我们认为光一直在真空中传播,玻璃是实体但原子核和电子占据的体积非常之小,光在玻璃中传播可以是在真空中传播,在玻璃中原子核缝隙之间的真空传播,但路线曲折了,增加了行程,所以光在玻璃中传播速度整体上是慢了许多。其实速度不变,从玻璃出来后又是真空中的速度,电磁波的速度,不是光子的速度。


cx1944


用波函数来描述光子这样的微观粒子比较好,波函数模的平方就是光子出现概率高的地方,在真空中,波函数模的平方在一条直线上出现极大值,所以真空中光沿直线传播。在介质(如玻璃)中,光子的能量被介质原子(离子、分子等)吸收,同时,介质原子(离子、分子等)跃迁到高能级上,它有一定概率再释放光子,整个过程是个动态平衡的过程,总的效果是波函数模的平方在穿透玻璃的地方出现极大值,就这样,光子跑到了玻璃的另一面,也就是光子本身穿透了玻璃。同时,如果你解了一些量子电动力学的方程后,会发现波函数模的平方极大值出现的地方与几何光学(折射定律、反射定律等)相一致。如果介质原子(离子、分子等)跃迁到高能级上,再释放光子的概率很小,最后介质另一面波函数模的平方几乎为零,那这个介质就是象黑纸那样的不透明物质。

所以,可以理解为光子本身穿过了玻璃这个实体,也可以理解为是光子从玻璃这种结构的介质的缝隙中穿过去的。假设把这个介质换成水等等其他介质都是一样的。


米立子菌


光的传输本质上是一个生灭相继的过程。光量子在甲地涣散为虚粒子,其波函数概率于乙地聚合虚粒子重生为光量子。这个生灭过程的时空长度均为普朗克常数。所谓虚粒子,也可以理解为文小刚教授的量子比特。

穿透玻璃的过程与此类似。


笑嘻嘻吃酒


不是的,光在介质中传播,并不同一个光子穿过整块玻璃。而是光子与介质作用,光子激发介质中的电子后湮灭,被激发的电子又会返回到原来的轨道,同时又释放新的光子,就这样周而复始,直到最后一个光子从玻璃中跑出来。


时代雾评


粒子,每时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。


用户7064022603756


光能量通过玻璃介质振动传播。


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