光,這種東西與我們日常所見的其它物質頗為不同,這使得我們在大多數的時候都忘記了光其實也是一種物質。
光是物質嗎?這是毫無疑問的,光是由光子所組成的,光子是基本粒子,是如假包換的物質。不過光雖然是物質,卻又不同于一般的物質,在物理學上,它既是一種粒子,同時也是一種電磁波,這就是光的波粒二象性。因為光是一種電磁波,所以光就具有周期性的定向振動,可以通過光實現能量和動量的傳遞。總地來說,光是一種可以參與各種能量形式之間轉化的特殊物質。
不過再特殊,光終歸也是一種物質,與其它物質一樣,光也沒有辦法穿過密不透風的牆。
然而有趣的地方在于,同樣密不透風的玻璃,其它物質同樣沒有辦法穿過,但光卻可以輕易穿透,這又是為什麼呢?既然光可以做到其它物質做不到的事情,那麼光與其它物質之間就一定存在着某種關鍵的區别,這種區别涉及到物質的本質。一般的物質都是由分子或原子構成的,如果再進行拆解,還可以分為原子核與核外電子。
無論是分子、原子,還是電子,它們都有兩個核心要素,即質量與電荷,通過質量與電荷又可以計算出一個粒子的荷質比。
不同的物質具有不同的特性和行為,而決定一種物質特性和行為的關鍵就是這種物質的質量與電荷。而光與其它物質不同,光是沒有靜止質量的,也正是因為沒有靜止質量,光子從誕生的那一刻起才能夠、也隻能夠以光速進行運動。現在問題來了,既然光子沒有質量和電荷,那麼光子的特性和行為由什麼來決定呢?決定光子特性的是另外兩個因素,即頻率和動量。
當我們談論光子是否能夠穿透牆壁或玻璃時,實際上談論的是光子與這些物質之間的相互作用,再具體一點來講,就是光子與組成這些物質的分子或原子之間的相互作用。
當光子與其它原子相遇時,其自身的頻率和動量會影響原子中電子的振動和移動,而電子的振動和移動又會反過來作用在光子身上,使得光子的傳播方向和傳播速度都發生改變,這樣一來,光子便會被散射和吸收,于是光就消失不見了,這就是光無法穿透牆壁的内在原因。
玻璃與牆壁是不同的。
玻璃是由大量的矽原子和氧原子構成的,不過光能夠穿透玻璃與構成玻璃的原子種類并無關系,關鍵在于這些原子的排列方式。玻璃之中的原子是以特定方式排列的,這種排列極其富有規律。所以,當光子與玻璃中的原子發生相互作用時,傳播方向和傳播速度遭到改變的光子會沿着玻璃内部的固有結構進行傳播,不會像在牆壁中那樣被散射和吸收。也就是說,與玻璃中的原子發生相互作用之後的光子,它的傳播方式是可以預測的。
正是因為如此,最終光子會穿透玻璃,隻是傳播方向會發生一定的變化,這種現象在宏觀上就被稱之為“折射”。
因為不同顔色的光擁有不同的頻率,所以與原子發生相互作用以後,傳播方向的改變也不相同,在宏觀上所反映出來的就是折射率的不同,所以太陽光在經過折射之後才會被分解為七色彩虹。了解了光能夠穿透玻璃的内在原理,對于光的本質也就有了更深一層的認識,這能夠幫助我們更好的理解光的各種特性以及與這個世界的相互作用。
有話要說...