如果原子中含有99.9%的物质,为什么我们不能有一点点透明呢?

时间:2021-03-25 09:38:03   作者:
有两种方法可以回答这个问题,这两种方法都同样有效。

首先,认为原子大部分是真空的说法是错误的。这个神话源于认为电子、中子和质子是小球,电子像行星一样绕着太阳转。这仍然是许多孩子接触原子理论的方式,但这是完全错误的。

事实上,这些“亚原子粒子”不是真正意义上的粒子(我们在日常生活中理解它们的方式),也不是波(我们在日常生活中理解它们的方式)。它们就是它们本来的样子——量子——同时具有波状和粒子状的特性,但两者都不是。

结果是,它们没有固定的大小和位置,而是以一种概率的方式在空间中“扩散”。

如果原子中含有99.9%的物质,为什么我们不能有一点点透明呢?

也就是说,这个空间不是空的,而是被“粒子”尽可能紧密地占据着,因为它们具有不稳定的特性。

第二个需要考虑的问题是,光也是由量子构成的,而量子的波长是原子的一千倍。所以光不能“进入”任何原子,它只能与最外层的电子相互作用。原子内部是“空的”还是“满的”是无关紧要的。

物质是否不透明以及它的颜色取决于光的光子是否以及如何与该物质原子的最外层电子相互作用。如果光子到达一个足够错误的频率(能量),被外层电子吸收,它们大多会直接穿过原子,而空间是否“满”并没有什么区别。

这就是为什么x射线可以穿过人体,风景图像可以穿过窗户——这只是光子不被吸收的问题。

这也是无线电信号无法穿透地下深处的原因。无线电只是波长较长的光,可以穿透大多数常见的材料。但是像所有的量子一样,它的频率和相互作用都是概率性的。即使是一个“错误频率”的光子也有很小的机会被吸收,尽管随着屏障越厚,这种机会就越大。最终,没有光子能再穿过它。

另一方面,当光的能量(波长)远大于或小于电子所能吸收的能量时,就会发生光的透射;当能量接近吸收带但不发生吸收时,就会发生反射或散射。这一现象的典型原因是在抛光金属中,表面电子的束缚足够松散,基本上可以吸收任何能量的光子,但随后会与相邻的电子碰撞,释放刚刚吸收的光子。这就是为什么大部分金属通常是灰色的,也是为什么抛光的金属(没有不规则的表面来捕捉逃逸的光子)可以成为好的镜子的原因。

但是,这都是概率的,例如,即使是最好的镜子也会吸收所有频率的光子。一块抛光过的木头可能会有光泽,但因为它没有传导电子的外部海洋,所以它并不是一个真正的镜子。叶子的表面很粗糙,可以吸收可见光谱中洋红色的部分,所以它可能根本就不闪闪发光,但它仍能反射足够多的绿色光子来着色。当然,这三个例子都通过某种程度的吸收、透射、散射和反射获得了细微的差别——没有任何东西是真正完美的反射,透明的或不透明的。
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