从古至今,光就是人类探索自然奥秘的重要媒介,它不仅给人类带来光明,也间接推动了人类科学技术的发展。

既然光是一种物质,为何它无法穿过墙壁,却能穿过玻璃呢?
既然光是一种物质,为何它无法穿过墙壁,却能穿过玻璃呢?

长久以来,有关光的本质和行为一直都是科学界热点议题,人们一直为光是基本粒子,还是电磁波而争论不休。

后来,经过爱因斯坦确定,光具有波粒二象性,也就是说光同时具有粒子性,也具有波动性。光的波动性,能够让光像水波一样传播,而粒子性,则让光以光子的形式存在,光子则是光的能量载体,每个光子都携带一定的能量。

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因此,当我们说光是一种物质的时候,是在强调它具有能量和动量,能够与物质相互作用。例如:光可以加热物体,引发化学反应等。

说光是一种物质,是因为其符合物质的基本定义,就是占据空间也具有质量。虽然作为光组成基本单位的光子,在静止状态下为零,但光子始终处于运动状态,根据爱因斯坦的质能方程式,在运动状态下的光子,是具有相对论质量。

既然光是一种物质,为何它无法穿过墙壁,却能穿过玻璃呢?
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想要知道光为何无法穿过墙壁,而可以穿过玻璃,要从光子与物质相互作用这方面来了解。

首先,我们来看看墙壁,其组成主要是由混凝土、砖头和钢筋等材料组合而成,在微观层面上来看在,这些材料性质不一,其内部的分子和原子的排列也不太规则。


当光照射到墙壁上的时候,光子与墙壁中的原子和分子相互作用,这种相互作用可以通过多种方式发生。

光子在进入到墙壁后,会被墙壁中的原子或分子吸收,,这种吸收过程会将光子的能量转化成为其他方式的能量,一般常见的就是热能,这也是为何冬天的墙壁,靠上去的时候暖洋洋的,因为光子把其携带的能量部分转化成为热能了。

在这个过程中,也不是所有的光子都被吸收,有部分的光子会被散射开来,就是光子与墙壁内的原子或者分子发生碰撞后,会改变光子的方向,从不同的角度离开墙壁,这种散射是多个方向的,意味着光子会向四面八方散发开来,而不是沿着直线穿过墙壁。

其次,光无法穿过墙壁也与墙壁的厚度和密度有关,通常墙壁的厚度比较厚,同时密度也比较大,当光子在穿越过程中,墙壁越厚,意味着光子需要穿过更多的原子或者分子,增加了光子与墙壁材料发生作用的次数。

而墙壁的密度越大,也就意味着在单位体积内,与更多的原子或者分子发生作用。这也是为何一些光无法穿过的物体,当其足够薄的时候,就会出现透光的现象,就是这个原理。

既然光是一种物质,为何它无法穿过墙壁,却能穿过玻璃呢?
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我们都知道一个现象,那就是玻璃是“透明”的,透明就是可以透过这个物体,看到外面,也就是说光线可以穿过这个物体。

在自然界中,除了玻璃,还有水晶、水和空气,都是透明的,也就是说光都可以穿过这些物体,那么是什么原因,让光这种物质可以穿过这些物体,而无法穿过墙壁等一些物体呢?

这个主要与玻璃的原子排列结构有关,我们都知道玻璃的主要成分是二氧化硅,这是地球上一种极为丰富的化合物,是地壳中最常见,也是数量最多的物质之一。

在玻璃的内部,原子和分子排列非常规则,虽然玻璃是一种非晶体的物体,但是玻璃种的硅和氧原子通过共价键,形成一个复杂的三维网络。

既然光是一种物质,为何它无法穿过墙壁,却能穿过玻璃呢?
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在固体物理学中,有该带隙的概念,带隙是导带的最低点到最高点的能量之差。材料的电子带隙对光的吸收和透过有着重要的影响。由于玻璃特殊的三维结构,导致玻璃中的带隙比较大,而带隙越大,电子有价带被激发的导带越难,意味着它的价带电子需要吸收更多的能量才能跃迁到导带。

而可见光的能量通常不足以使玻璃中的电子跃迁到导带,因此光在玻璃的内部不容易被吸收,而可以透过玻璃。

从宏观上来说,由于玻璃的内部结构,导致光子可以穿过玻璃内部的分子结构,不会被吸收和散射,而是穿过玻璃。

既然光是一种物质,为何它无法穿过墙壁,却能穿过玻璃呢?
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虽然玻璃不会吸收和散射光子,但是会对光线产生折射,并且玻璃的折射率也比较高,这是由于二氧化硅对光的响应特征决定的。

当光从空气进入到玻璃时,由于玻璃的折射率高于空气,因此,光的速度会减慢,同时传播方向也会有所改变,不过这种改变是可以预测的。

值得注意的是,不同频率和波长的光,在穿过玻璃的时候,由于折射率不同,因此会被不同程度的折射和分散,因此太阳光在穿过三棱玻璃的时候,会形成彩虹的现象。

既然光是一种物质,为何它无法穿过墙壁,却能穿过玻璃呢?
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通过上面的内容,可以得出结论,那就是光能穿过玻璃而无法穿过墙壁,究其原因,就是玻璃和墙壁内部原子结构和物理性质差异所导致的。

玻璃内部原子排列高规则性和均匀性,使的光子能够沿着特定的路线传播,而不被大量的散射和吸收。

而墙壁内部的原子结构杂乱无章,导致光子在穿越过程中被大量吸收和散射,导致光子被消耗掉,因此无法穿越墙壁。

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