光是一种物质,无法穿墙而过,为何却能穿透玻璃?

光是一种物质,无法穿墙而过,为何却能穿透玻璃?
2024年08月06日 18:34 UFO之家看点号

光,这种东西与我们日常所见的其它物质颇为不同,这使得我们在大多数的时候都忘记了光其实也是一种物质。

光是物质吗?这是毫无疑问的,光是由光子所组成的,光子是基本粒子,是如假包换的物质。不过光虽然是物质,却又不同于一般的物质,在物理学上,它既是一种粒子,同时也是一种电磁波,这就是光的波粒二象性。因为光是一种电磁波,所以光就具有周期性的定向振动,可以通过光实现能量和动量的传递。总地来说,光是一种可以参与各种能量形式之间转化的特殊物质。

不过再特殊,光终归也是一种物质,与其它物质一样,光也没有办法穿过密不透风的墙。

然而有趣的地方在于,同样密不透风的玻璃,其它物质同样没有办法穿过,但光却可以轻易穿透,这又是为什么呢?既然光可以做到其它物质做不到的事情,那么光与其它物质之间就一定存在着某种关键的区别,这种区别涉及到物质的本质。一般的物质都是由分子或原子构成的,如果再进行拆解,还可以分为原子核与核外电子。

无论是分子、原子,还是电子,它们都有两个核心要素,即质量与电荷,通过质量与电荷又可以计算出一个粒子的荷质比。

不同的物质具有不同的特性和行为,而决定一种物质特性和行为的关键就是这种物质的质量与电荷。而光与其它物质不同,光是没有静止质量的,也正是因为没有静止质量,光子从诞生的那一刻起才能够、也只能够以光速进行运动。现在问题来了,既然光子没有质量和电荷,那么光子的特性和行为由什么来决定呢?决定光子特性的是另外两个因素,即频率和动量。

当我们谈论光子是否能够穿透墙壁或玻璃时,实际上谈论的是光子与这些物质之间的相互作用,再具体一点来讲,就是光子与组成这些物质的分子或原子之间的相互作用。

当光子与其它原子相遇时,其自身的频率和动量会影响原子中电子的振动和移动,而电子的振动和移动又会反过来作用在光子身上,使得光子的传播方向和传播速度都发生改变,这样一来,光子便会被散射和吸收,于是光就消失不见了,这就是光无法穿透墙壁的内在原因。

玻璃与墙壁是不同的。

玻璃是由大量的硅原子和氧原子构成的,不过光能够穿透玻璃与构成玻璃的原子种类并无关系,关键在于这些原子的排列方式。玻璃之中的原子是以特定方式排列的,这种排列极其富有规律。所以,当光子与玻璃中的原子发生相互作用时,传播方向和传播速度遭到改变的光子会沿着玻璃内部的固有结构进行传播,不会像在墙壁中那样被散射和吸收。也就是说,与玻璃中的原子发生相互作用之后的光子,它的传播方式是可以预测的。

正是因为如此,最终光子会穿透玻璃,只是传播方向会发生一定的变化,这种现象在宏观上就被称之为“折射”。

因为不同颜色的光拥有不同的频率,所以与原子发生相互作用以后,传播方向的改变也不相同,在宏观上所反映出来的就是折射率的不同,所以太阳光在经过折射之后才会被分解为七色彩虹。了解了光能够穿透玻璃的内在原理,对于光的本质也就有了更深一层的认识,这能够帮助我们更好的理解光的各种特性以及与这个世界的相互作用。

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