玻璃透光的奥秘
玻璃为何如此神奇,竟然是透明的?光为何能穿透玻璃,其他物质为何无法让光穿过?玻璃这种物质的组成元素和沙子一模一样,为什么沙子不透明,玻璃却能透光?
玻璃是由硅(guī)原子和氧(yǎng)原子组成的。原子中央为原子核,原子核包含质子和中子,原子核周围是数量不一的电子。比起原子的尺寸,原子核和电子都微不足道。假设原子是一座体育场,原子核就是场中央的一颗豆子,电子就是周围看台上的沙粒。因此,原子内部(应该说所有物质内部)几乎都是空的。换句话说,原子应该有许多空隙能让光穿透,不会撞到电子或原子核,而事实也是如此。因此,真正的问题其实不是“玻璃为什么是透明的?”而是“为何不是所有物质都是透明的?”
让我们继续使用体育场的比喻。在原子体育场内,电子只能占据看台上的某些位子,而每个电子只能待在制定好的某一排。电子若想升级到更好的位子,就得多付钱,而所谓的钱就是能量。光穿透原子时会带来大量的能量,只要能量够,电子就会用它升级到更好的位子,也就是电子会把光给吸收,使光无法穿透物质。
不过,事情还另有蹊(qī)跷(qiāo)。光的能量必须恰到好处,才能让电子可以从现在的位子跳到其他空位上。如果能量太少,而要到前一排所需的能量太高,电子就无法升级,光也就不会被吸收。电子必须取得恰到好处的能量,才能在不同排的位子之间移动,这是电子世界的基本法则,称为量子力学。排与排之间的落差是特定的能量值,称为量子化。
玻璃里的量子排列方式与众不同,使得移动到空位的能量高于可见光,因此可见光无法让电子升级座位,于是能直接穿过原子。这就是玻璃透明的原因。然而,光里面的一小部分高能光——如紫外线之类的就能让电子升级,因此无法穿透玻璃。这就是为什么玻璃能防晒,因为紫外线根本无法穿透玻璃碰到我们。而木头和石块之类的不透明材质,拥有大量的便宜座位,因此可见光和紫外线都很容易被吸收。
近视的人戴了由玻璃镜片做的眼镜为什么能看清东西?原来,就算光没被玻璃吸收,穿过原子时还是会受到影响而减慢速度,直到穿出玻璃的另一面后才会回复原速。若光以斜角进入玻璃,光里面的各组成元素进入玻璃后前进速度会产生差异,这个速度差会让光折屈,也就是折射。光学镜片就是依据折射原理制作的。镜面弧曲会让不同角度的入射光以不同角度折射,只要控制镜面曲度就能放大影像,让人类得以制作显微镜和望远镜,也让戴眼睛的人能看清楚东西。
——选自北京联合出版社《迷人的材料》,有删改
①电子就会用它升级到更好的位子
“它”是指。
②拥有大量的便宜座位
这个词指。
③事情还另有蹊跷
这个词指。