为什么光照到墙上会挡住,照到玻璃上却挡不住?微观世界发生了啥

2017-12-07 10:31:54  来源:每日科技网  编辑:

        【每日科技网】

 

  有人问世界上的一切都是由物质组成的,那么打开一个手电筒,它发出的光照到地上照向太空为什么差别那么大?照到地上的光会被完全阻挡,照向太空的却能无限奔跑,这是为什么呢?

为什么光照到墙上会挡住,照到玻璃上却挡不住?微观世界发生了啥

  可能有人会说,照到地面就是被东西挡住了,这有什么奇怪的?但是你知道物体为什么会挡住光线?玻璃却是透明的呢?你知道在这一过程量子的世界里发生了什么吗?

  光的速度是非常快的,每秒30万公里,但是光子非常小,质量也非常微小,科学家甚至认为光子如果不运动的话都是没有质量的,那么当手电筒的光照到物体或者地面上时,在微观的层面,实际上是光子撞击到了原子,当光子撞击到原子上时,由于原子核中的质子和中子的质量比较大,所以光子对它们无可奈何,就作为能量被质子和中子轻松吸收,并不会发生大的变化,除非光子非常非常多,比如激光发出的光就能摧毁物体,就是因为它发出的光子太多了,但是手电筒发出的光远远达不到这种程度。

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  但是,当手电筒发出的光的光子打到围绕原子核运行的电子上时,却能加速电子的运动,因为电子的质量非常小,据说只有质子的万分之三,但是仍然比光子大得多,所以光子打到电子上时能加速电子的运动,但是并不能把它打出去,这时被加速的电子就会从低能级的内层轨道跃迁到高能级的外层轨道,于是原子的状态变得活跃和不稳定,这就是阳光下的物体比不在阳光下的物体感觉热的原因,同时这也是一些物品或药品不能直接在阳光下照射的原因,因为光子的照射会在微观的层面改变物品或药品的状态,加速其变质的速度,或者引发物理和化学方面的变化。

  所以,当光子打到物体上时,微观层面发生的事,就是一部分光子被原子核和电子直接吸收了,也有一部分会被发射出去,然后被释放的光子又会撞击其它物体,再次减少其数量和能量,光子的衰减大体就是这样一个循环渐变的过程,所以照射的地面和物体上的光会立即消失。但是并不是所有的物体中的分子和原子都会吸收所有的光线,比如玻璃等,其实不透明的物质能吸收光线,是因为这类物质的分子的电子的激发能比较低,恰好在可见光范围内,这类分子里往往有苯环、苯醌、联苯胺或其它共轭体系的结构,这种结构可以降低电子的激发能,使电子容易发生跃迁而吸收光子的能量。这样光线就被吸收了,所以表现出了不透明,但是玻璃的二氧化硅结构里即没有自由电子,又没有容易激发的电子,其结构又很紧密,所以光线能很轻松的穿过它,因此玻璃是透明的!

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  我们再说一下手电筒的光照射到太空会发生什么,因为太空中的环境接近于真空,光子前进的路上,受到的阻挡很少,平均数立方米才会有一个原子,所以光线会一直奔跑下去,这也是我们之所以能看到几十上百亿光年外的发光物体的原因,那都是它们几十上百亿年前发出的光,它们现在的样子早已不是当初的样子,有的或已经消失,就像关掉的手电筒一样。

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  不过手电筒的光线还是很弱的,它发出的光子数量并不多,当它的光子被太空中的物质完全吸收后,它的奔跑也就结束了,但即便如此,只要它的光能强到穿出大气层,那么它的光仍然能在太空跑出很远,如果有一架足够好的望远镜在一光年的距离上等着它,那么在手电筒关闭一年之后或能看到它发出的光。

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