光是什么?很多人会回答,它既是粒子又是波。其实,这种说法是不严谨的,光的本质是波,波粒二象性只是其性质的形态表现,麦克斯韦的电磁理论早已阐明光的本质,即电磁波,而在物理学的光电效应中它也展现了粒子的性质,光的这种特殊性质令无数物理学家头疼同时也无不称奇。
不过,光的性质再怎么特殊,它始终也是我们这个世界普通物质的一种,和它们一样,是一种存在的能量形式,都不能随意穿过传统意义上的实体物质,比如墙壁、木板等。但是,玻璃也是严严实实、风丝不透的物质,为何其他物质不能穿过,而光却能够轻易穿透呢?
首先要了解什么是穿透,所谓穿透要么是物质本身不够浓密(比如空气),要么就是物质还不够厚(比如30cm厚的木板可以挡住手电筒的光,但是人的眼皮却不可以),这个和古代骑兵冲锋穿过步兵阵地一样,还有就是因为物质的特殊结构,可以让一定频率的光在“某种意义”上通过,就比如玻璃。
为什么说某种意义呢,因为严格来说,光也穿透不了玻璃!光看似能穿透甚至比墙壁、木板等更厚实的玻璃,是因为原来的光子已经被吸收了,射出玻璃的光子是被重新激发出来的,玻璃的原子排列比较有规律,激发出来的光子按照可以预测的角度运动,同时光的振动也具有定向性和周期性,能够进行能量动量传递,所以宏观上看上去像是光子穿透了玻璃一样。
但其实光子只是换了一种形式通过了玻璃,没有真正穿透玻璃,只是这面的玻璃吸收了光子,在另外一面释放出光子。那么释放的光子具体从哪里来的呢?原子吸收光子,原子能量增加,电子向更高能级越迀,这是吸收过程。
释放过程是,原子能量减少,电子向低能级跃迁,释放光子。这个过程也是光速在玻璃这种介质中变慢的原因,但实际上光速是不变的,是吸收释放过程消耗了时间。
那为啥其他物质不能这样呢,比如墙壁、木板等?这是由于一个分子的许多种“振动”方式,就好比房梁上系了很多不同绳长的秋千,它们分别对应一种(或几种)共振频率,秋千固有频率,如同钟摆,而电磁波本质为周期电场,即作用在分子上周期的力(由于分子带正负电)。
因此电磁波在通过分子时,便如同有人在推秋千,如果施加的力,与秋千的固有频率一致,秋千摆动的幅度便会更大,换言之,秋千能够吸收该频率力的能量,分子吸收了这种频率的力之后,后者所代表的光便无法传递过去,即失去了电场。
墙壁、木板等就是因为吸收光子之后能量变成木板分子的振动了,光子能量被木板吸收了。它们没有逆光源,另一面无法吸收光体,因此就不透光。
最后至于无线电能穿墙,其实和光能穿透玻璃也是差不多的概念,无线电能穿墙是因为其波长长,频率低,容易发生衍射,可绕过障碍物。当然,在电磁波这个大家族中,也有能凭借真本事穿透物质的。
就像伽马射线这种,在电磁波中波长最短,频率极高,能量比可见光(电磁波谱的一部分)中的光要大10万亿倍,几千万亿分之一秒的伽马射线就能穿透过1.5米的混凝土,伽马射线甚至能够穿透生物机体,打断DNA分子化学键,破坏力比可见光不知要大多少倍。
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