原子的直徑大約在10^-10米這個(gè)數(shù)量級(jí), 原子核直徑一般在10^-15米~10^-14米之間,比較起來(lái)的話,原子核的體積大約只占原子體積的千億分之一,這么看,原子中大部分空間都是“空無(wú)一物”的。這么大的空間應(yīng)該看上去應(yīng)該是幾乎完全透明的,但實(shí)際情況并不是這樣,我們看到的世界并不是透明的,是形形色色的。 我們平常對(duì)物體是否透明或模糊是從可見(jiàn)光的角度去感受的,而可見(jiàn)光是一種電磁波,也就是一種能量,一般稱為光量子,所以我們要從能量的角度去看這個(gè)問(wèn)題。 電磁波遇到物質(zhì),可以被吸收,反射或者透射。但一種物質(zhì)對(duì)不同頻率或波長(zhǎng)的電磁波可以表現(xiàn)出不同的屬性。比如,玻璃對(duì)可見(jiàn)光而言是透明的,但對(duì)部分紫外線則是不透明的(只不過(guò)人眼是看不到紫外線的);人體對(duì)可見(jiàn)光而言是不透明的,但對(duì)于X射線是表現(xiàn)出不同程度的透明,比如人體骨骼在醫(yī)用X射線下是不透明的,肌肉以及其他軟組織是表現(xiàn)出透明或半透明,所以,在X光片中骨骼就顯得特別明顯。 電磁波與物質(zhì)是如何“反應(yīng)”就要從微觀層面上去看。我們知道,物質(zhì)可以由原子,分子或晶格等結(jié)構(gòu)組成,而這些微觀粒子都是一刻不停的“運(yùn)動(dòng)”著,所以每一種結(jié)構(gòu)都也有其相應(yīng)的各種運(yùn)動(dòng),比如原子,分子中核外電子運(yùn)動(dòng),分子的振動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng),晶格的振動(dòng),晶體中自由電子的運(yùn)動(dòng)等。在量子力學(xué)中,以上這些運(yùn)動(dòng)形式,都存在各自的分立能級(jí),對(duì)于某一頻率或波長(zhǎng)的光量子,如果其能量與某一物質(zhì)某一運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)能級(jí)之間的差相符合,那么這類(lèi)光子就可以被吸收,該物質(zhì)得到光子的能量后會(huì)轉(zhuǎn)換為物質(zhì)的熱量,宏觀上我們就感覺(jué)到該物質(zhì)溫度上升。這個(gè)時(shí)候我們就稱這種物質(zhì)對(duì)這種頻率的光是不透明的。 而一些晶體組成的物質(zhì),其中自由電子的運(yùn)動(dòng)更復(fù)雜,往往會(huì)導(dǎo)致“能帶”的形成,即在一連續(xù)范圍內(nèi)的能量幾乎都可以被吸收到,因此表現(xiàn)出對(duì)連續(xù)波段內(nèi)的光都是不透明的。 若光量子對(duì)應(yīng)的物質(zhì)能量級(jí)不相符,則光子就會(huì)被暫時(shí)吸收,這時(shí)吸收者的狀態(tài)是一種亞穩(wěn)態(tài),很快會(huì)重新衰變放出相同能量的光子。這個(gè)時(shí)候,放出的光子有可能重新反出物體,宏觀上看就而形成了反射,或者層層傳遞給物質(zhì)中其他吸收者,最終透射過(guò)去,在我們看來(lái)就是透明的了。 一般來(lái)說(shuō),不被吸收的光,反射與透射總是同時(shí)存在的,只是強(qiáng)弱不同罷了。想一下我們平時(shí)看到的玻璃,既可以透過(guò)玻璃看到對(duì)面的景色,也能在玻璃上看到自己的影像。 |
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